Магнезиальный тампонажный материал и способ его получения. Магнезиальный цемент в бурении


Магнезиальный тампонажный материал и способ его получения

Изобретение относится к тампонажным материалам, используемым при цементировании нефтяных и газовых скважин, преимущественно к специальным цементам для крепления скважин, вскрывших соленосные отложения, представленные в основном солями магния. Технический результат заключается в повышении скорости твердения раствора и прочности получаемого цементного камня. Магнезиальный тампонажный материал содержит магнийсодержащее вяжущее, хлорид магния и добавки, причем в качестве магнезиального вяжущего содержит магнезит кальцинированный строительный, в качестве добавок содержит гидрофобизатор - кремнийорганическую жидкость и замедлитель твердения - нитрилотриметилфосфоновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%: магнезит кальцинированный строительный - 70-80, хлорид магния - 20-30, кремнийорганическая жидкость - 0,1-0,5% сверх 100%, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,02-0,1 сверх 100%. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к тампонажным материалам, используемым при цементировании нефтяных и газовых скважин, преимущественно к специальным цементам для крепления скважин, вскрывших соленосные отложения, представленные в основном солями магния.

Традиционные портландцементы в условиях магнезиальной агрессии быстро разрушаются, поэтому для крепления скважин используют цементы, в составе которых присутствуют оксид магния, который при взаимодействии с водой способен образовывать искусственный камень. Однако магнезиальный цемент имеет низкую скорость твердения, поэтому в составе жидкости затворения должны присутствовать соли магния: хлорид магния или сульфат магния.

Известны составы тампонажных материалов, имеющие в своем составе магнезиальное вяжущее [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным скважинам. - М.: Недра, 1987, с.135-137]

Известен магнийфосфатный цемент, который в качестве оксида магния содержит реактивный оксид магния, или каустический магнезит, или спеченный магнезит [патент РФ №2344101, С04В 9/04].

Известен также тампонажный материал, содержащий, мас.%: порошок магнезитовый каустический 26,75-34,56; суперфосфат двойной 0,92-1,23; хлористый магний 13,75-16,01; палыгорскитовый глинопорошок 2,30-4,12; микрокремнезем конденсированный 9,22-10,29; триполифосфат натрия 0,92-1,23; вода - остальное [патент РФ №2366682, C09K 8/467].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту, т.е. прототипом, является магнезиальный тампонажный материал, содержащий, мас.%: порошок магнезитовый каустический - 19,98-26,29; хлористый магний - 17,63-19,29; суперфосфат двойной - 1,11-1,18; триполифосфат натрия - 0,61-0,91; борную кислоту - 0,40-0,73; палыгорскитовый глинопорошок - 3,03-4,54; микрокремнезем конденсированный - 11,12-11,81; воду - остальное [Патент РФ №2374293, C09K 8/467]. Функции веществ, входящих в прототип, заключаются в следующем: порошок магнезитовый каустический (ПМК) - магнийсодержащее вяжущее, хлористый магний - ускоритель твердения, глинопорошок - структурообразователь, вода - жидкость затворения, остальные ингредиенты - добавки.

Тампонажный раствор из данного тампонажного материала готовят затворением магнийсодержащего вяжущего и добавок в водном растворе хлорида магния.

Недостатком тампонажного материала является недостаточно низкая плотность раствора и низкая прочность получаемого цементного камня.

При получении тампонажных материалов, как правило, проводят смешение ингредиентов и последующее их затворение в предварительно подготовленной жидкости затворения, в частности, для магнезиальных тампонажных материалов это водный раствор хлорида магния определенной концентрации.

Известны способы получения тампонажных материалов путем совместного измельчения вяжущей основы, утяжеляющей, активизирующей и других добавок или раздельным измельчением с последующим смешением указанных компонентов [Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. Под общей редакцией проф. А.И. Булатова. М.: «Недра», 1977, 252 с. Авт.: А.И. Булатов, Л.Б. Измайлов, В.И. Крылов и др.,стр.41].

Известен способ приготовления магнезиального тампонажного материала, включающего магнезитовый каустический, хлористый магний, триполифосфат натрия, суперфосфат двойной, крахмалосодержащий реагент и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: порошок магнезитовый каустический - 48,61-50,43, хлористый магний - 12,75-13,80, триполифосфат натрия - 1,00-1,96, суперфосфат двойной - 0,25-0,50, крахмалосодержащий реагент - 0,12-0,37, вода - остальное. При этом способе производится смешение порошка магнезитового каустического с жидкостью, в которой растворены все остальные ингредиенты [Патент РФ №2295554 C09K 8/467].

Недостатком указанных способов является низкое качество получаемых тампонажных материалов из-за плохой гомогенизации компонентов.

Целью изобретения является получение магнезиального тампонажного материала и способа его получения, обеспечивающих получение магнезиальных тампонажных растворов затворением тампонажного материала в пресной воде и обеспечивающих повышение скорости твердения раствора и прочности получаемого цементного камня.

Указанная цель достигается тем, что в тампонажном материале, включающем магнийсодержащее вяжущее, хлорид магния и добавки, согласно изобретению в качестве магнезиального вяжущего используется магнезит кальцинированный строительный (МКС), в качестве добавок содержит гидрофобизатор - кремнийорганическую жидкость (ГКЖ) и замедлитель твердения - нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магнезит кальцинированный строительный 70-80
Хлорид магния 20-30
ГКЖ 0,1-0,5% сверх 100%
НТФ 0,02-0,1 сверх 100%

В части способа получения магнезиального тампонажного материала поставленная цель достигается тем, что твердый хлорид магния обрабатывают совместно с гидрофобизатором в дезинтеграторе при скорости соударения частиц до 50 м/с, затем смешивают с магнийсодержащим вяжущим и замедлителем твердения, предварительно обработанными совместно в дезинтеграторе при скорости соударения частиц не менее 200 м/с.

Таким образом, в предлагаемом изобретении используются новые ингредиенты и новая технология, что дает основание утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию «новизна».

Магнезит кальцинированный строительный (МКС) - является новым магнезиальным продуктом, отличающимся от известных продуктов типа ПМК (пережженный магнезит каустический) температурой обжига и химическим составом. МКС выпускается ООО «Группа Магнезит» по ТТ 72664728-63-2009.

Ранее в тампонажных материалах данный продукт не применялся.

В научно-технической и патентной литературе ранее не приводились сведения об использовании комплексной технологии получения магнезиальных цементов, включающей дезинтеграторную обработку твердого хлорида магния с гидрофобизатором. Данный этап технологии обосновывается тем, что твердый хлорид магния, являясь высоко гигроскопичным веществом, активно поглощает влагу из воздуха и комкуется. Такое вещество нельзя смешивать в сухом виде с магнезиальным цементом, поскольку он начнет гидратировать еще до приготовления раствора за счет гигроскопической воды. Поэтому на практике хлорид магния всегда добавляют в жидкость затворения. Для исключения процесса поглощения влаги из воздуха в предлагаемом изобретении хлорид магния обрабатывают гидрофобизатором, а для измельчения твердого хлорида магния и лучшей гомогенизации обработку проводят в дезинтеграторе. Указанные положения подтверждаются следующим экспериментом.

Были приготовлены четыре пробы материалов:

1 - хлорид магния;

2 - измельченный хлорид магния;

3 - смесь хлорида магния с ГКЖ (0,5%), приготовленная ручным смешением;

4 - смесь хлорида магния с ГКЖ (0,5%), приготовленная при дезинтеграторной обработке.

Взвешенные по 50 г пробы материалов одновременно устанавливались в шкаф, и через каждые сутки измерялся прирост массы проб, происходящий за счет адсорбции влаги из воздуха. В таблице 1 приведены результаты эксперимента.

Таблица 1
- Прирост массы проб
№ проб Начальная масса, г. Масс проб, г через сут.
1 2 3 4 5
1 50 54 58 61 66 69
2 50 55 60 64 69 73
3 50 52 54 56 58 59
4 50 50,5 50,8 51,3 51,6 51,8

Из таблицы 1 видно, что чем выше дисперсность хлорида магния, тем сильнее на его поверхности адсорбция воды из воздуха (сравнение проб 1 и 2). Добавка ГКЖ более чем в два раза уменьшает поглощение хлоридом магния влаги из воздуха (сравнение проб 2 и 3). Смешение ГКЖ и хлорида магния при дезинтеграторной обработке обеспечивает минимальное поглощение влаги (сравнение проб 3 и 4). Это показывает появление нового эффекта, обеспеченного одним из ингредиентов состава и одним из элементов способа приготовления тампонажного материала.

Поскольку все виды магнезиальных вяжущих отличаются низкой скоростью твердения, в заявляемом изобретении предлагается его дезинтеграторная активация, опыт использования которой при получении тампонажных смесей известен [патент РФ №2486225, С09К 8/467, Е21В 33/13]. В то же время из литературы неизвестно применение данной технологии для обработки магнезиальных цементов, которая, увеличивая удельную поверхность вяжущего и активируя его, придает ему новые свойства - ускоренное твердение даже при нормальных температурах. Это подтверждается результатами следующих экспериментов, результаты которых приведены в таблице 2.

Для экспериментов были взяты две пробы МКС, одна из которых (№1) была заводского приготовления, другая (№2) была дополнительно подвергнута дезинтеграторной обработке. Обе пробы МКС затворялись водным раствором хлорида мания одинаковой концентрации (плотность рассола 1220 кг/м3), и у них определялись сроки схватывания по игле Вика.

Таблица 2
- Влияние дезинтеграторной обработки на сроки схватывания водной суспензии МКС
Обработка МКС Уд. поверхность, см2/г В/Ц Сроки схв., час-мин
начало конец
1 Заводское приготовление 1650 0,5 2-45 4-30
2 №1 + дезинтеграторная обработка 2370 0,5 1-15 2-25

Из таблицы 2 видно, что дезинтеграторная обработка предлагаемого магнезиального вяжущего обеспечивает появление нового эффекта - резкого сокращения сроков схватывания его раствора.

Для регулирования твердения предлагаемого вяжущего, в данном случае замедления сроков схватывания, предлагается использование реагента НТФ (нитрилотриметилфосфоновой кислоты), применение которого описано, например, в патенте РФ №2486225.

В то же время в литературе нет сведений о применении реагента НТФ с магнезиальным вяжущим МКС, подвергнутым дезинтеграторной обработке.

Таким образом, все сказанное выше указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

В предлагаемом изобретении использовались:

МКС Магнезит кальцинированный строительный производства ООО «Группа Магнезита по ТТ 72664728-63-2009; Хлорид магния производства ЗАО «НикоМаг», г. Волгоград, ТУ 2152-002-93524115-2010;

ГКЖ Кремнийорганическая жидкость производства ООО «Пента Урал» г. Екатеринбург;

НТФ Нитрилотриметилфосфоновая кислота производства ОАО «Хим-пром», г. Новочебоксарск, ТУ 2439-347-05763441-2001, изм.1;

Пример реализации изобретения.

Твердый хлорид магния обрабатывают в дезинтеграторе при скорости соударения частиц до 50 м/с совместно с расчетным количеством гидрофобизатора ГКЖ. Такой режим обработки (скорость соударения частиц) обеспечивает хорошую гомогенизацию хлорида магния и гидрофобизатора. При этом хлорид магния, имеющий невысокую прочность, достигает предельной степени измельчения. При больших скоростях соударения хлорид магния превращается в пыль.

Магнезит кальцинированный строительный обрабатывают в дезинтеграторе при скорости соударения частиц более 200 м/с совместно с расчетным количеством замедлителя твердения НТФ. Высокая прочность МКС требует более интенсивных режимов активации (скоростей соударения частиц), поэтому при меньших скоростях соударения удельная поверхность МКС возрастает недостаточно, и эффект ускорения твердения небольшой.

Обработанные соответствующим образом твердый хлорид магния и магнезит кальцинированный строительный смешивают в необходимых соотношениях.

Приготовленный таким способом тампонажный материал затворяют водой для получения тампонажного раствора.

В качестве примера рассмотрим технологию приготовления тампонажного материала с соотношением МКС - 75% и хлорида магния 25% (состав №9 из таблицы 3).

Для приготовления тампонажного материала было взято 1500 г магнезита кальцинированного строительного (МКС) и 500 г кристаллического хлорида магния. Смесь 500 г хлорида магния и 6 г ГКЖ была подвергнута дезинтеграторной обработке при скоростях соударения 40 м/с. Смесь 1500 г МКС и 1,5 г НТФ была подвергнута дезинтеграторной обработке при скоростях соударения 200 м/с. Затем указанные ингредиенты смешивали вручную, получая таким образом сухой магнезиальный тампонажный материал. Из полученного тампонажного материала готовили растворы с водоцементным отношением 0,4 затворением в 800 мл пресной воды.

Приготовленные растворы использовались для определения их свойств и изготовления образцов для испытания на изгиб, а также для определения коэффициента линейного расширения (КЛР). Испытания полученного тампонажного материала проводились согласно ГОСТ 1581-96 при температуре 22°С и атмосферном давлении. Результаты испытаний данной пробы, а также других составов приведены в табл.3.

Таким образом, приведенный пример реализации изобретения показывает его соответствие критерию «практическая применимость».

На буровую данный тампонажный материал доставляется в резинотканевых контейнерах, и из него по общепринятой технологии готовится тампонажный раствор.

Из таблицы видно, что разработанные по предлагаемому способу тампонажные материалы эффективны и удовлетворяют ГОСТ 1581-96. Эффект расширения тампонажного материала при твердении обеспечит высокую герметичность контактов: цементный камень - обсадная колонна и цементный камень - горная порода. Нулевое водоотделение подтверждает высокую седиментационную устойчивость и исключает каналообразование в цементном растворе (камне) до его затвердевания.

При этом раствор имеет низкую водоотдачу, которая не превышает 60 см3/30 мин.

Таблица 3
- Свойства тампонажного раствора и камня
Состав, % Добавки, % сверх 100% В/Ц Свойства раствора Прочность при изгибе, МПа в возрасте 2 сут КЛР, %
МКС Хлорид магния ГКЖ НТФ Плотность р-ра, г/см3 2R, мм Водоотделение, мл Сроки схв., час-мин Время загустевания до 30 Вс, мин
начало конец
1 70 30 0,1 0,02 0,4 1,78 185 0 1-25 2-50 80 5,7 4,5
2 80 20 0,1 0,02 0,4 1,82 160 0 3-50 4-25 90 6,4 5,3
3 75 25 од 0,02 0,4 1,81 200 0 3-00 4-20 90 6,0 5,1
4 70 30 0,5 0,3 0,4 1,80 250 0 4-10 5-15 190 5,0 4,7
5 80 20 0,5 0,3 0,4 1,81 240 0 5-45 6-10 260 5,7 5,0
6 75 25 0,5 0,3 0,4 1,80 220 0 5-35 6-25 220 5,3 5,4
7 70 30 0,3 0,15 0,4 1,75 260 0 2-55 3-50 110 4,9 5,4
8 80 20 0,3 0,15 0,4 1,82 240 0 2-30 4-00 160 5,6 5,8
9 75 25 0,3 0,15 0,4 1,80 220 0 2-45 4-15 120 5,2 2,8
10 75 25 0,1 0,02 0,5 1,71 260 1,6 3-45 4-25 150 3,8 2,3
11 75 25 0,1 0,02 0,55 1,67 >260 2,3 4-10 5-55 190 3,2 2,0
12 75 25 0,1 0,02 0,6 1,63 >260 3,7 5-15 6-30 230 2,3 1,5

1. Магнезиальный тампонажный материал, включающий магнийсодержащее вяжущее, хлорид магния и добавки, отличающийся тем, что в качестве магнезиального вяжущего содержит магнезит кальцинированный строительный, в качестве добавок содержит гидрофобизатор - кремнийорганическую жидкость и замедлитель твердения - нитрилотриметилфосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:магнезит кальцинированный строительный - 70-80,хлорид магния - 20-30,кремнийорганическая жидкость - 0,1-0,5% сверх 100%,нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,02-0,1 сверх 100%.

2. Способ получения магнезиального тампонажного материала по п.1, характеризующийся тем, что твердый хлорид магния обрабатывают совместно с гидрофобизатором в дезинтеграторе при скорости соударения частиц до 50 м/с, затем смешивают с магнийсодержащим вяжущим и замедлителем твердения, предварительно обработанными совместно в дезинтеграторе при скорости соударения частиц не менее 200 м/с.

www.findpatent.ru

Магнезиальный тампонажный материал

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к магнезиальным тампонажным материалам, и может быть использовано при цементировании обсадных колонн и установке герметичных и прочных мостов в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах с максимальной статической температурой до 55°С, вскрывающих склонные к пластическому течению отложения минеральных солей, в том числе калийно-магниевых, и осложненных наличием в межсолевых пропластках зон с аномально низким пластовым давлением. Магнезиальный тампонажный материал содержит, мас.%: порошок магнезитовый каустический - 19,98-26,29; хлористый магний - 17,63-19,29; суперфосфат двойной - 1,11-1,18; триполифосфат натрия - 0,61-0,91; борную кислоту - 0,40-0,73; палыгорскитовый глинопорошок - 3,03-4,54; микрокремнезем конденсированный - 11,12-11,81; воду - остальное. Технический результат - получение магнезиального тампонажного материала, раствор которого характеризуется пониженной плотностью, приемлемыми сроками загустевания и схватывания при температуре в скважине до 55°С, а формирующийся достаточно прочный цементный камень - высокой коррозионной стойкостью в пресных и минерализованных пластовых водах. 1 табл.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к магнезиальным тампонажным материалам, и может быть использовано при цементировании обсадных колонн и установке герметичных и прочных мостов в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах с максимальной статической температурой до 55°С, вскрывающих склонные к пластическому течению отложения минеральных солей, в том числе калийно-магниевых, и осложненных наличием в межсолевых пропластках зон с аномально низким пластовым давлением (АНПД).

В условиях хлормагниевой агрессии в скважинах наиболее коррозиеустойчивым, обеспечивающим надежную кристаллохимическую связь с соленосными породами, является цементный камень тампонажных материалов на основе магнезиальных цементов [B.C.Данюшевский, P.M.Алиев, И.Ф. Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, с.165].

Известен магнезиальный тампонажный материал, содержащий порошок магнезитовый каустический, суперфосфат, хлористый магний, палыгорскитовый глинопорошок и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Каустический магнезит
(порошок магнезитовый каустический) 40,0-42,0
Суперфосфат 1,0-1,5
Хлористый магний 17-17,5
Палыгорскитовый глинопорошок 3,0-3,5
Вода остальное

В качестве магнезиального вяжущего используют порошок магнезитовый каустический (ПМК), представленный в основном высокоактивной модификацией оксида магния (см. авторское свидетельство СССР №840293, кл. Е21В 33/138, 1981 г.).

Однако практическое применение указанного материала по причине коротких сроков загустевания и схватывания его раствора ограничивается статическими температурами в скважинах не выше 30-35°С.

Известен тампонажный материал, содержащий молотый металлургический магнезит, хлористый магний, сернокислое железо и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

молотый металлургический магнезит 60-66
хлористый магний 9-12
сернокислое железо 2-4
вода остальное

В качестве магнезиального вяжущего используют молотый металлургический магнезит, представленный низкоактивной модификацией оксида магния (см. авторское свидетельство СССР №1258987, кл. Е21В 33/138, 1986 г.).

Растворы данного материала, обладая приемлемыми сроками загустевания и схватывания в температурном диапазоне 50-150°С, имеют высокие значения плотности, что полностью исключает возможность их использования для цементирования обсадных колонн в скважинах в одну ступень. Формирующийся цементный камень этого материала имеет низкую коррозионную стойкость в пресных и минерализованных водах, что может привести к снижению долговечности крепи скважины. Кроме того, молотый металлургический магнезит является дорогим и дефицитным продуктом, выпускающимся в основном для нужд металлургической промышленности.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является тампонажный материал, содержащий порошок магнезитовый каустический, хлористый магний, триполифосфат натрия, суперфосфат двойной, крахмалосодержащий реагент и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

порошок магнезитовый каустический 48,61-50,43
хлористый магний 12,75-13,80
триполифосфат натрия 1,00-1,96
суперфосфат двойной 0,25-0,37
крахмалосодержащий реагент 0,12-0,37
вода остальное

(см. патент РФ №2295554, кл. С09К 8/467, 2007 г.).

Данный тампонажный материал принят в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - порошок магнезитовый каустический, хлористый магний, триполифосфат натрия, суперфосфат двойной и вода.

Недостатками известного тампонажного материала, принятого за прототип, являются высокие значения плотности его раствора, высокие значения реологических характеристик, короткие сроки загустевания и схватывания при статических температурах в скважине свыше 30°С. Эти недостатки не позволяют раствор тампонажного материала транспортировать и размещать в затрубном пространстве скважины в течение технологически необходимого времени.

Задача изобретения - расширение области применения магнезиальных тампонажных материалов и повышение эффективности и качества проводимых с их использованием работ при статических температурах в скважине до 55°С.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в получении магнезиального тампонажного материала, раствор которого характеризуется пониженными значениями плотности, приемлемыми сроками загустевания и схватывания при статической температуре в скважине до 55°С, а формирующийся достаточно прочный цементный камень - высокой коррозионной стойкостью в пресных и минерализованных пластовых водах.

Указанный технический результат достигается за счет того, что известный тампонажный материал, содержащий порошок магнезитовый каустический, хлористый магний, суперфосфат двойной, триполифосфат натрия и воду, дополнительно содержит борную кислоту, палыгорскитовый глинопорошок и микрокремнезем конденсированный при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Порошок магнезитовый каустический 19,98-26,29
Хлористый магний 17,63-19,29
Суперфосфат двойной 1,11-1,18
Триполифосфат натрия 0,61-0,91
Борная кислота 0,40-0,73
Палыгорскитовый глинопорошок 3,03-4,54
Микрокремнезем конденсированный 11,12-11,81
Вода остальное

Отличительными признаками заявляемого материала от материала по прототипу являются содержание в нем борной кислоты, палыгорскитового глинопорошка и микрокремнезема конденсированного, а также количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: порошок магнезитовый каустический - 19,98-26,29; хлористый магний - 17,63-19,29; суперфосфат двойной - 1,11-1,18; триполифосфат натрия - 0,61-0,91; борная кислота - 0,40-0,73; палыгорскитовый глинопорошок - 3,03-4,54; микрокремнезем конденсированный - 11,12-11,81.

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет нижеследующего.

Химическое взаимодействие активных химических добавок суперфосфата двойного, триполифосфата натрия и борной кислоты между собой, а также с компонентами и продуктами гидратации магнезиального вяжущего в среде раствора хлористого магния при увеличенном соотношении Ж:Т за счет наличия добавок палыгорскитового глинопорошка и микрокремнезема конденсированного, приводит к образованию труднорастворимых комплексных соединений на поверхности наиболее активных зерен магнезиального цемента и его гидратных новообразований. Это позволяет существенно снизить плотность тампонажного раствора, замедлить процесс структурообразования реакционной массы (увеличить время загустевания и начала схватывания раствора тампонажного материала), обеспечить расширение, исключить растрескивание и повысить водосолестойкость формирующегося цементного камня.

Для приготовления раствора предлагаемого тампонажного материала используют следующие ингредиенты:

- Порошок магнезитовый каустический по ГОСТ 1216-87;

- Хлористый магний технический по ТУ 2152-001-53561075-02;

- Суперфосфат двойной по ГОСТ 16306-80;

- Триполифосфат натрия по ГОСТ 13493-86;

- Борная кислота по ГОСТ 18704-78;

- Палыгорскитовый глинопорошок по ТУ 480-1-334-94;

- Микрокремнезем конденсированный по ТУ 5743-048-02495332-96;

- Вода техническая.

При смешивании указанных веществ образуется заявляемый тампонажный материал, облегченный раствор которого в течение технологически необходимого времени может быть размещен в затрубном пространстве цементируемой обсадной колонны. После доставки и размещения раствора за обсадной колонной происходит его схватывание и затвердевание с образованием прочного, расширяющегося, водостойкого цементного камня, не подвергающегося растрескиванию при контакте с пресными и минерализованными водами, а также обеспечивающего напряженный контакт с породами, слагающими стенки скважины, и обсадной трубой.

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующим примером.

Пример. Для приготовления предлагаемого тампонажного материала вначале готовили сухую тампонажную смесь, состоящую из порошка магнезитового каустического марки ПМК-83, триполифосфата натрия марки «технический» (сорт 1), палыгорскитового глинопорошка марки ППБ и микрокремнезема конденсированного марки МК-85. Для этого 600г (23,29 мас.%) порошка магнезитового каустического тщательно перемешивали с 300 г (11,65 мас.%) микрокремнезема конденсированного, со 100 г (3,88 мас.%) палыгорскитового глинопорошка и с 20 г (0,78 мас.%) порошка триполифосфата натрия (пример 5 таблицы).

Далее готовили жидкость затворения в следующей последовательности. Сначала растворяли в воде технический хлористый магний. Затем вводили в полученный раствор борную кислоту марки В (сорт 1). После полного растворения борной кислоты добавляли суперфосфат двойной марки Б (сорт1). Приготовленная жидкость затворения содержит 1039,8 г (40,36 мас.%) воды, 471,4 г (18,30 мас.%) хлористого магния, 30 г (1,16 мас.%) суперфосфата двойного и 15 г (0,58 мас.%) борной кислоты. Полученную сухую тампонажную смесь затворяли приготовленной жидкостью затворения и перемешивали в течение трех минут.

По описанному способу были изготовлены 5 составов предлагаемого тампонажного материала с различным соотношением ингредиентов. Приготовленные составы прошли лабораторные испытания. В процессе проведения испытаний полученного материала (раствора-камня) определялись значения показателей технологических характеристик раствора - плотность, начальная консистенция, время загустевания и схватывания, а также прочность сформировавшегося цементного камня через одни сутки твердения. Кроме того, определялись значения прочностных характеристик и велась визуальная оценка изменения во времени состояния образцов - балочек цементного камня, помещенных для хранения в насыщенный водный раствор технической каменной соли.

Твердение тампонажного материала для определения значений его характеристик осуществлялось в условиях атмосферного давления при статической температуре 55±1°С за исключением времени загустевания, которое определялось при температуре 45±1°С, соответствующей максимальной динамической температуре в скважине.

Определение значений показателей свойств тампонажных материалов осуществлялось в соответствии с требованиями отраслевого стандарта ОСТ 39-051-77 [Раствор тампонажный. Методы испытаний, М., 1978] и методикой проведения исследований [B.C.Данюшевский, P.M.Алиев, И.Ф.Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987, с.259-262].

Данные о содержании ингредиентов и свойствах известных и предлагаемых тампонажных материалов приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы (пример 1), раствор известного тампонажного материала (аналог) имеет очень высокую плотность, а формирующийся цементный камень подвержен растрескиванию и последующему разрушению при контакте его с насыщенным водным раствором каменной соли. Использование данного тампонажного материала по цементированию обсадных колонн в скважинах неэффективно.

Известный тампонажный материал (прототип, пример 2 таблицы) имеет высокие значения плотности и короткие сроки загустевания и схватывания его раствора. Использование материала для проведения работ в указанных условиях невозможно.

Предлагаемый тампонажный материал имеет низкие значения плотности и приемлемые сроки загустевания и схватывания его раствора, а формирующийся цементный камень обладает достаточно высокой начальной прочностью. Все составы тампонажного материала характеризуются высокой водосолестойкостью и не подвергаются разрушению в насыщенных растворах каменной соли (примеры 4-6 таблицы).

Выход за нижний предел содержания хлористого магния, палыгорскитового глинопорошка, суперфосфата двойного, триполифосфата натрия, борной кислоты, микрокремнезема конденсированного не обеспечит получение требуемых значений плотности, времени загустевания и сроков схватывания раствора тампонажного материала (пример 3 таблицы).

Выход за верхний предел содержания хлористого магния, палыгорскитового глинопорошка, суперфосфата двойного, триполифосфата натрия, борной кислоты и микрокремнезема конденсированного приводит к росту начальной консистенции, длительным срокам загустевания и схватывания раствора, а также к снижению прочности формирующегося цементного камня (пример 7 таблицы).

Преимуществом заявляемого тампонажного материала являются:

- пониженные значения плотности его растворов с требуемыми для производства работ сроками загустевания и схватывания;

- существенное повышение коррозионной стойкости формирующегося цементного камня.

Указанные преимущества позволяют:

- расширить область применения магнезиальных тампонажных материалов для крепления скважин, вскрывших отложения калийно-магниевых солей, а также при наличии в межсолевых пропластках интервала цементирования зон с АНПД;

- повысить качество крепления скважин и существенно увеличить долговечность и надежность их работы;

- улучшить технико-технологические и экологические показатели эксплуатации скважин.

Это свидетельствует о повышенной эффективности проводимых с использованием предложенного тампонажного материала работ по цементированию обсадных колонн в сложных горно-геологических условиях.

Магнезиальный тампонажный материал, содержащий порошок магнезитовый каустический, хлористый магний, суперфосфат двойной, триполифосфат натрия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит борную кислоту, палыгорскитовый глинопорошок и микрокремнезем конденсированный при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Порошок магнезитовый каустический 19,98-26,29
Хлористый магний 17,63-19,29
Суперфосфат двойной 1,11-1,18
Триполифосфат натрия 0,61-0,91
Борная кислота 0,40-0,73
Палыгорскитовый глинопорошок 3,03-4,54
Микрокремнезем конденсированный 11,12-11,81
Вода Остальное

www.findpatent.ru

Магнезиальный цемент тип твердения - Справочник химика 21

    Из минеральных вяжущих высокий обезвреживающий эффект обеспечивают портландцемент, фосфогипс-полугидрат и магнезиальный цемент. Их использование позволяет практически полностью исключить миграцию из отвержденной массы загрязняющей органики, оцениваемой по величине ХПК, а также нефти и нефтепродуктов (НП). Результаты оценки эффективности отверждающих составов свидетельствуют о том, что вымываемость загрязнителей из отвержденной массы уже через 6—7 сут твердения крайне низкая. Достоинством таких составов является превращение ими отходов бурения в консолидированную массу с высокими прочностными свойствами, что важно при засыпке амбаров с отвержденной массой и последующей их рекультивацией. При этом создаются условия для безопасного использования для этих целей соответствующей транспортной техники. [c.329]

    КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫХ СТРУКТУР ТВЕРДЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ГИДРАТАЦИОННОГО ИНДИВИДУАЛЬНОГО ВЯЖУЩЕГО ВЕЩЕСТВА - МАГНЕЗИАЛЬНОГО ЦЕМЕНТА [c.235]

    Большой вклад в науку и практику внес акад. А. А. Байков, разработавший теорию твердения гипса портландцемента, глиноземистого цемента и магнезиального цемента. [c.16]

    ТВЕРДЕНИЕ МАГНЕЗИАЛЬНОГО ЦЕМЕНТА [c.56]

    Твердение магнезиального цемента протекает следующим образом. [c.56]

    Указанные опыты являются наиболее веским доказательством справедливости теории А. А. Байкова. Некоторые рентгенографические исследования, произведенные нами в 1939 г. (см. стр. 180), подтвердили наличие в магнезиальном цементе в пер-зый период твердения только гидратов окиси магния. [c.33]

    Другая часть исследователей (в том числе и акад. А. А. Байков) пришла к заключению, что основным химическим процессом твердения магнезиального цемента является реакция  [c.172]

    В то же время существование хлорокиси магния является совершенно бесспорным, и это соединение неоднократно получалось различными способами. Вероятно образование хлорокиси. магния происходит при иных физико-химических условиях, а именно — в присутствии значительного количества раствора хлористого магния. Таким образом, нельзя отрицать существование хлорокиси магния в затвердевшем магнезиальном цементе в случае затворения концентрированным растворо м хлористого магния). Однако, образование хлорокиси магния нужно считать явлением второстепенным и не определяющим процесс твердения этого цемента. Основным химическим процессом нужно считать реакцию гидратации окиси магния. [c.173]

    Кроме магнезиального цемента в литературе имеются указания на аналогичный цемент, получаемый путем затворения окиси цинка концентрированным раствором хлористого цинка. Хотя свойства и химические процессы, протекающие при твердении этого цемента, мало изучены, тем не менее как аналог магнезиального цемента он представляет несомненный интерес. [c.173]

    Из соединений магния готовят магнезиальный цемент — смесь очень концентрированного раствора Mg b с MgO, при твердении которого образуется неорганический полимер, имеющий строение HOMgO(—Mg — О —)nMg l. Из магнезиального цемента (с различными наполнителями) делают фибролитовые плиты, подоконники и ступеньки лестниц в домах. [c.323]

    Практический интерес представляет и магнезиальный цемент, относящийся к активным минеральным вяжущим. Процесс твердения его протекает в присутствии интенсификатора твердения, в качестве которого используют насыщенный раствор карналита или бишофита. Отличительной особенностью такого отверждающего агента является его способность консолидировать минерализированные буровые растворы, надежно обезвреживая их. [c.331]

    Для объяснения общих закономерностей твердения магнезиального Цемента (цемента Сореля) с позиций этих представлений необходимо учитывать особенности кинетики химического взаимодействие исходного вяжущего вещества (MgO) с электролитом (Mg l2), сложность фазового состава, характер кристаллической структуры продуктов взаимодействия и влияние фазовых переходов метастабильных новообразований на кинетику развития дисперсных структур твердения. [c.235]

    О кинетике развития кри аллизационных структур твердения иа примере гидратационного индивидуального вяжущего вещества — магнезиального цемента. Соловьева E.G., Смирно в Б. И., [Сегалова Е.ТГ. . Успехи коллоидной химии . М., Наука , 1973 [c.365]

    В отличие от других вяжущих магнезиальные цементы затворяются не водой, а растворами солей Mg или MgS04, в некоторых же случаях — серной или соляной кислотой. При твердении магнезиальных цементов происходит образование [c.240]

    Применяемая на практике концентрация хлористого магния колеблется в предел1ах от 12 до 30° Воме. Чем она больше, тем медленнее протекает схватывание и твердение и тем выше конечная прочность продукта. Средняя (по массе) дозировка двух компонентов магнезиального цемента — каустического магнезита и хлористого магния — 62—67% MgO и 33—38% Mg b-oHaO, причем расчет ведут на шестиводный хлористый магний.в твердом виде и на активную магнезию, составляющую примерно 85% от общей массы каустического магнезита. [c.57]

    Если в процессе твердения роль концентрированных растворов хлористого магния только физико-химическая (повышение температуры кипения и увеличение растворимости), то, вероятно, может существовать ряд других концентрироваынь[х растворов, оказывающих на окись магния аналогичное действие. Как показали первые опыты А. А. Байкова и работы других исследователей, твердение магнезиального цемента может быть достигнуто путем затворения окиси магния концентрированными растворами ряда солей, например MgS04, СаСЬ, Mg(NOз)2. Са(ЫОз)2 и др. [c.33]

    Изучение процессов, протекающих при твердении цeJчeнтoв типа магнезиального. Как уже указывалось при исследовании процесса твердения магнезиального цемента, общепризнанной точки зрения по этому вопросу пока не имеется. Значительный научный интерес представляло поэтому сравнительное изучение процессов твердения ряда вновь синтезированных цементов, ибо несомненно, что общность свойств этого рода цементов должна была найти проявление и в общности хп1мического процесса твердения. Такого рода сравнительное нзученне позволило бы получить дополнительные данные и для суждений о химизме процесса твердения магнезиального цемента. [c.177]

    Магнезиальный цемент, устойчивый к действию кислот и шелочей, изготавливают из смеси концентрированного раствора Mg b (примерно 30 %-ного) и предварительно прокаленного MgO. При твердении этого цемента образуется неорганический полимер состава. ...  [c.159]

    На основе вяжущих веществ автоклавного твердения гипсовых вяжущих веществ магнезиальных вяжущих веществ портландцемента гл инозе мистого цемента металлургических шлаков Глиняные пасты На основе растворимых силикатов (жидкого стекла) На основе фенолформаль-дегидпых смол фурано-вых смол полиэтиленовых смол эпоксидных смол [c.81]

    Исследовались также процессы гидратационного твердения окиси магния и процессы кристаллизационного структурообразования при твердении магнезиального (оксихлоридного) цемента (Смирнов, Соловьева [70]). Основное внимание уделялось при этом выяснению фазового состава продуктов твердения, исследованию метастабильных равновесий, фазовых переходов новообразований, условий и кинетики их кристаллизации и образования плотной мелкозернистой структуры камня. [c.367]

chem21.info

Магнезиальный тампонажный материал как альтернатива портландцементным тампонажным составам для повышения качества крепления скважин на Верхнечонском НГКМ - Бурение и Нефть

burneft.ru

Журнал входит в перечень ВАК

(495) 979-13-33, (495) 971-65-84, (925) 384-93-11, (909) 670-44-09, тел./факс: (499) 613-93-17

Magnesia oil-well material as an alternative to portland cement for improvment of quality well cementing on Verkhnechonsky oil-gas condensate field

G. TOLKACHEV, A. KOZLOV, A. ANISIMOVA, A. PASTUKHOVPerm National Research Polytechnic University,

Разработан состав тампонажного материала на основе магнезиального вяжущего, определены значения показателей его свойств. Приводятся результаты опытных работ по приготовлению и использованию этого материала, обеспечивающего высокое качество разобщения продуктивной нефтегазоконденсатной залежи от вышележащего разреза.

Plugging material composition is developed on basis of magnesia binder, its properties’ indices values are determined. There are given results of experimental works on preparing & using of this material, ensuring high quality of separation of productive oil & gas condensate pool-accumulation from overlying sequence.

Если вас интересует полный текст статьи, Вы можете заказать ее в издательстве.

  1. Толкачев Г.М., Дулепов Ю.А., Шилов А.М., Мордвинов В.А. Применение магнезиальных цементов при бурении скважин и добыче нефти. М.: Изд-во ЦП НТО НГП им. академика И.М. Губкина, 1987.
  2. Толкачев Г.М., Шилов А.М., Козлов А.С. Магнезиальный тампонажный материал для цементирования эксплуатационных колонн в скважинах Талаканского НГКМ // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2009. №10. С. 20 – 23.
  3. Симмонс Б. Цементирование скважин в соляных пластах // Нефтегазовые технологии. 2009. №1. С. 14 – 19.
  4. Булатов А.И. Тампонажные материалы и технология цементирования скважин. М.: Недра, 1977. 325 с.
  5. Гизатова Н.З. Новая технология крепления скважин для предотвращения межколонных давлений // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2011. №4. С. 32 – 34.
  6. Толкачев Г.М., Шилов А.М., Козлов А.С. Магнезиальный тампонажный материал для повышения качества строительства газовых скважин // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2005. №9 – 10. С. 65 – 68.
  7. Гайнуллин М.А., Толкачев Г.М. К вопросу о причинах некачественного цементирования эксплуатационных колонн в интервалах продуктивного горизонта Сибирского нефтяного месторождения // Материалы ХХХ юбилейной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ПГТУ. 2003. С. 35 – 38.

Комментарии посетителей сайта

Авторизация

Толкачев Г.М.

к.т.н., профессор, ведущий научный сотрудник

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)

Козлов А.С.

к.т.н., заведующий НИЛ, старший научный сотрудник

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)

Анисимова А.В.

аспирант, младший научный сотрудник

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)

Пастухов А.М.

младший научный сотрудник

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)

Ключевые слова: тампонажный материал, крепление скважин, солесодержащий разрез, сухая тампонажная смесь, магнезиальное вяжущее

Keywords: oil-well cement, production string cementing, salt-containing cross-section, dry mix, magnesia binding material

Просмотров статьи: 2134


Смотрите также