Способ получения расширяющей добавки к тампонажному материалу. Расширяющая добавка для тампонажного цемента


Расширяющаяся добавка для тампонажного материала

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может найти применение при их цементировании. Расширяющаяся добавка содержит сланцевую золу и дополнительно водорастворимый реагент, содержащий «Крепь» и карбоксиметилцеллюлозу в соотношении 1,68:1,0, или «Крепь» и трибутилфосфат в соотношении 4,3:1,0, или «Крепь» и нитрилотриметилфосфоновую кислоту в соотношении 11,0:1,0, или пластификатор С-3 и сульфацелл в соотношении (4,3-7,8):1,0, при следующем соотношении компонентов, мас.%: сланцевая зола 83,3-98,4, указанный реагент 1,6-16,7. Технический результат - регулирование расширения тампонажного материала, увеличение показателей его расширения, прочности цементного камня на изгиб и сжатие и времени загустевания цемента. 1 табл.

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может найти применение при их цементировании.

Известна добавка для тампонажного материала, содержащая высокоалюминатную золу-унос, содержащую не менее 18 мас.% оксида алюминия (SU 1838582 A3, 1993).

Недостатком известной добавки для тампонажного материала является расширение содержащей ее тампонажной системы до ее доставки в скважину и недостаточная прочность получаемого цементного камня.

Известна расширяющаяся добавка для тампонажного материала, содержащая золу-унос от сжигания каменных или бурых углей и/или от сжигания горючих сланцев или отвальную золу от сжигания тех же видов топлива с содержанием в ней SiO2 не менее 35 мас.% и Al2О3 не менее 17 мас.%, что определяет ее активность, то есть способность взаимодействовать со свободным оксидом кальция, содержащимся в портландцементом клинкере и гипсе (см. RU 2120025 А, 1999).

Недостатком такой добавки для тампонажного материала является также его расширение до доставки в скважину, так как при перемешивании и при повышении температуры в процессе подачи в скважину величина его расширения понижается, повышается контракция и, следовательно, получаемый цементный камень обладает низкими прочностными характеристиками.

Задачей, поставленной перед изобретением, является регулирование с помощью добавки расширения тампонажного материала во времени, уменьшение контракционного эффекта тампонажного раствора.

Поставленная задача решается тем, что расширяющаяся добавка для тампонажного материала, содержащая сланцевую золу, дополнительно содержит водорастворимый реагент, содержащий состав серии «Крепь» и карбоксиметилцеллюлозу в соотношении 1,68:1,0, или состав серии «Крепь» и трибутилфосфат в соотношении 4,3:1,0, или состав серии «Крепь» и нитрилотриметилфосфоновую кислоту в соотношении 11,0:1,0, или пластификатор С-3 и сульфацелл в соотношении 4,3-7,8:1,0, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

сланцевая зола83,3-98,4
реагент1,6-16,7

Пластификатор С-3 описан в ТУ 5870-005-58042865-05, а сульфацелл в ТУ 2231-013-32957739-01. Количество компонентов в смеси определяется геолого-техническими характеристиками скважины.

Состав серии «Крепь» на основе средних солей алюминия гидратной формы выбирается и готовится в зависимости от геолого-технических условий скважины по ТУ 2231-233-00147001-2001.

Технический результат регулирования расширения тампонажного материала во времени достигается за счет взаимодействия водорастворимого реагента с оксидом кальция, содержащимся в сланцевой золе и портландцементе с образованием гелеобразных соединений, которые снижают контракционный эффект и удерживают расширение тампонажного материала на одном уровне до тех пор, пока он не будет доставлен в скважину, где образует качественный цементный камень.

Расширяющуюся добавку для тампонажного материала получают смешиванием компонентов.

Пример 1.

Смешивали 8,33 кг (83,3 мас.%) сланцевой золы, полученной при сжигании сланца для изделий из газобетона по стандарту ЕЕ 01003682, ST 2:97 и 1,67 кг (16,7 мас.%) реагента «Крепь». Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, полученную сухую смесь затворяли 38 л воды. Полученный тампонажный раствор испытывали по существующим ОСТам и ГОСТам. Результат испытаний см. в табл.1, опыт 2.

Пример 2.

Смешивали 96,8 мас.% сланцевой золы из примера 1, 2,6 мас.% (4,3) пластификатора С-3 и 0,6 мас.% (1) сульфацелла. Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 3.

Пример 3.

Смешивали 98,4 мас.% сланцевой золы из примера 1, 1,3 мас.% (4,3) реагента «Крепь» и 0,3 мас.% (1) трибутилфосфата (ТБФ). Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 4.

Пример 4.

Смешивали 97,6 мас.% сланцевой золы из примера 1, 2,2 мас.% (11) реагента «Крепь» и 0,2 мас.% (1) нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ). Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний см. табл.1, опыт 5.

Пример 5.

Смешивали 94,9 мас.% сланцевой золы из примера 1, 3,2 мас.% (1,68) реагента «Крепь» и 1,9 мас.% (1) карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли смесь 40 л воды. Результаты испытаний см. табл.1, опыт 6.

Пример 6.

Смешивали 96,7 мас.% сланцевой золы из примера 1, 3,3 мас.% реагента «Крепь». Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли 40 л воды. Результаты испытания полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 7.

Пример 7.

Смешивали 94,7 мас.% сланцевой золы из примера 1, 4,7 мас.% (7,8) пластификатора С-3 и 0,6 мас.% (1) сульфацелла. Полученную добавку смешивали со 100 кг цемента марки ПЦТ, затворяли 40 л воды. Результаты испытаний полученного тампонажного раствора и цемента см. в табл.1, опыт 8.

Из таблицы видно, что при сравнении тампонажного материала, содержащего расширяющуюся добавку заявляемого состава (опыты 2-8) с известным (опыт 1), наблюдается заметное увеличение показаний расширения тампонажного раствора, прочности цементного камня на изгиб и сжатие и увеличение времени загустевания цемента.

Таблица 1
Результаты испытаний цементов и растворов, содержащих расширяющуюся добавку заявляемого состава. Температура применения 22-100°С по статике, 22-75°С по динамике
№ п/пСостав тампонажного материала, кгВ/ТД, смρ, г/см3Водоотделение, %Сроки схватывания, ч-минВремя загустевания, минПрочностьАдгезия, МПаРасширение, %
началоконецσтзг, МПаσсж, МПаусловия твердения
1234567891011121314
1.ПЦТ - 660,3820,51,961,06-307-405004,814,922°С3,00,4
Гипс - 448 ч
Зола - 30
2.ПЦТ - 1000,3819,51,9606-007-002006,821,222°С4,20,8
Зола - 8,3348 ч
Крепь- 1,67
3.ПЦТ - 1000,4291,95404-505-501006,718,475°С4,61,5
Зола - 9,68Т=75°С24 ч
СЗ - 0,26Р=30 МПа
Сульфац. - 0,06
4.ПЦТ - 1000,4271,9506-407-301418,025,965°С3,62,5
Зола - 9,84Т=65°С24 ч
Крепь - 0,135-256-001209,329,075°С3,21,5
ТБФ - 0,03Т=75°С24 ч
5.ПЦТ - 1000,4291,95405-206-10876,517,875°С3,52,0
Зола - 9,76Т=75°С24 ч
Крепь - 0,22Р=30 МПа
НТФ - 0,02
6.ПЦТ - 1000,426,51,9506-357-051305,0518,775°С3,181,6
Зола - 9,49Т=75°С24 ч
Крепь - 0,32Р=30 МПа
КМЦ - 0,19
7.ПЦТ - 1000,423,51,95805-005-351785,919,7Т=22°С4,00,6
Зола - 9,67Т=22°С48 ч
Крепь - 033Р=15 МПа
8.ПЦТ - 1000,4251,94506-407-201719,532,6Т=75°С3,21,5
Зола - 9,47Т=75°С24 ч
С-3 - 0,47Р=30 МПа
Сульф - 0,06

Расширяющаяся добавка для тампонажного материала, содержащая сланцевую золу, отличающаяся тем, что дополнительно содержит водорастворимый реагент, содержащий «Крепь» и карбоксиметилцеллюлозу в соотношении 1,68:1,0, или «Крепь» и трибутилфосфат в соотношении 4,3:1,0, или «Крепь» и нитрилотриметилфосфоновую кислоту в соотношении 11,0:1,0, или пластификатор С-3 и сульфацелл в соотношении (4,3-7,8):1,0 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сланцевая зола83,3-98,4
реагент1,6-16,7

www.findpatent.ru

способ получения расширяющей добавки к тампонажному материалу - патент РФ 2484115

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и конкретно к области производства добавок для получения специальных цементов, а именно тампонажных материалов для крепления нефтяных и газовых скважин. В способе получения расширяющей добавки, включающем обжиг сырьевого смеси, включающей мел и добавку, содержащую адипинат натрия, последующий помол продукта обжига, в качестве добавки используют пластификатор адипиновый щелочной - ПАЩ-1 или щелочной сток производства капролактама - ЩСПК, готовят сырьевую смесь, имеющую влажность 5-7%, тщательным перемешиванием, затем получают устойчивые формы с плотной структурой прессованием приготовленной смеси, обжигают при температуре 850-950°C, причем в процессе обжига темп набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин, продукт обжига равномерно охлаждают. Технический результат - повышение степени расширения. 1 пр.. 1 табл.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и конкретно к области производства добавок для получения специальных цементов, а именно тампонажных материалов для крепления нефтяных и газовых скважин.

Для повышения качества крепления нефтяных и газовых скважин применяют расширяющиеся тампонажные цементы, в которых эффект расширения обеспечивается специальной расширяющей добавкой.

При этом расширяющие добавки для тампонажных материалов, помимо эффекта расширения, должны обладать оптимальной кинетикой расширения. Быстрое расширение приведет к тому, что добавка расширится еще до закачки или в процессе закачки цементного раствора в скважину и после затвердевания цементного раствора никакого расширения не будет. Позднее расширение добавки приводит к разрушению цементного камня.

Известны способы получения расширяющихся добавок путем смешения рационально подобранных ингредиентов, например, гипса, с высокоглиноземистым шлаком или глиноземистым цементом [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, стр.154]. Недостатком способа является недостаточная эффективность получаемой расширяющей добавки.

Известен способ получения расширяющей добавки обжигом магнезита, в которой расширение цементного камня обеспечивается гидратацией оксида магния (MgO), образующегося в процессе обжига [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, стр.161]. Недостатком данного способа является незначительная величина расширения цементов при нормальных и низких температурах.

Наибольшее применение для модификации тампонажных цементов находят расширяющие добавки получаемые обжигом известняка при температурах 900-1200°C [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, стр.157]. Обжиг известняка при температурах 900-950°C приводит к образованию быстрогасящей извести, применение которой в тампонажных цементах неэффективно из-за высокой скорости ее гидратации. Обжиг известняка при температурах выше 1100°C позволяет получить расширяющую добавку с замедленной скоростью гидратации, при этом существенно возрастают энергозатраты на ее получение.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения расширяющей добавки совместным обжигом мела с добавкой адипината натрия в соотношении 95:5 с последующим измельчением продукта обжига [Патент РФ № 2153061, БИ 20, 2000. Расширяющийся тампонажный материал].

Недостатком указанного способа получения расширяющей добавки к тампонажному материалу является низкая величина расширения. Целью изобретения является устранение указанных недостатков. Поставленная задача решается тем, что в способе получения расширяющей добавки, включающем обжиг сырьевой смеси, включающей мел и добавку, содержащую адипинат натрия, последующий помол продукта обжига, в качестве добавки используется пластификатор адипиновый щелочной (ПАЩ-1) или щелочной сток производства капролактама (ЩСПК), готовят сырьевую смесь с влажностью 5-7% тщательным перемешиванием, затем получают устойчивые формы с плотной структурой прессованием приготовленной смеси, обжигают при температуре 850-950°C, причем в процессе обжига темп набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин, продукт обжига равномерно охлаждают.

Сущность изобретения заключается в следующем, пластификатор адипиновый щелочной (ПАЩ-1) и щелочной сток производства капролактама (ЩСПК) содержат в своем составе адипинат натрия, который на 100-200°C снижает температуру образования извести при обжиге мела. При этом одновременно со снижением температуры обжига меняется форма и размеры кристаллов, которые, являясь более закристаллизованными, медленнее гидратируют с водой, приводя к более позднему расширению цементного камня.

Смешение мела с ПАЩ-1 или ЩСПК и получение сырьевой смеси с влажностью менее 5-7% обеспечивает получение сырьевой смеси в виде гранул или образцов, имеющих устойчивую форму, не разрушающуюся при внешних воздействиях в процессе обжига, что обеспечивает обжиг всего объема сырьевой смеси.

В то же время смешение мела с ПАЩ-1 или ЩСПК и получение сырьевой смеси с влажностью менее 5% приводит к рассыпанию смеси в порошок, значительная часть которого удаляется в процессе обжига вместе с дымовыми газами. При этом удаляется значительная часть адипината натрия, содержащегося в ПАЩ-1 и ЩСПК, что снижает эффективность результатов обжига. В частности, продукт обжига получается быстрогасящимся, что делает его непригодным в качестве расширяющей добавки в тампонажные материалы.

Получение сырьевой смеси с влажностью более 10% приводит к тому, что адипинат натрия вместе с паром интенсивно испаряется из сырьевой смеси в печи обжига, что ведет к потере расширяющих свойств продукта. Кроме того, повышенная влажность приводит к повышению энергозатрат при обжиге.

Обжиг сырьевой смеси, находящейся в виде устойчивых форм с плотной структурой, приводит к наиболее полному протеканию процесса во всем объеме обжигаемой смеси. Обжиг сырьевой смеси в виде порошка приводит к испарению адипината натрия и снижает величину расширения.

Обжиг сырьевой смеси проводят при температурах 850-950°C, при которых обеспечивается наиболее полный обжиг сырьевой смеси с получением хорошо закристаллизованных продуктов обжига в виде СаО.

Обжиг при температуре менее 850°C приводит к тому, что смесь полностью обжигается, но продукты обжига не успевают закристаллизоваться, и поэтому они имеют высокую скорость гашения, т.е. продукт обжига не может использоваться в виде расширяющей добавки, поскольку он может взаимодействовать с водой (прогидратировать) еще в процессе приготовления тампонажного раствора.

Обжиг при температуре более 950°C приводит к тому, что обожженная смесь пережигается и способна взаимодействовать с водой только при повышенных температурах, к повышению энергозатрат и нагрузки на футеровку печи обжига. Кроме того, в результате пережога и замедления скорости гидратации расширение может наступить уже после образования прочного камня, что приведет возникновению внутренних напряжений в цементном камне и образованию в нем трещин.

Поддержание темпа набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин в процессе обжига, что обеспечивает равномерный прогрев сырьевой смеси в процессе набора температуры и ее равномерное охлаждение по всему объему продукта обжига, что позволяет равномерно закристаллизовать продут обжига и предотвратить его перекристаллизацию.

Более быстрый темп набора температуры приводит к неравномерному обжигу сырьевой смеси, и ее внутренняя часть может остаться недожженной по сравнению с наружными слоями. Темп набора температуры медленнее 5,0 град/мин проводит к удлинению процесса обжига и увеличивает стоимость продукции.

Таким образом, в предлагаемом изобретении получение расширяющей добавки к тампонажному материалу возможно только при сочетании всех условий, содержащихся в отличительной части формулы изобретения, а именно использование ПАЩ-1 или ЩСПК; влажность сырьевой смеси 5-7%; обжиг материала в виде устойчивых форм с плотной структурой; температура обжига 850-950°C; темп набора температуры при обжиге 5,0-20,0 град/мин.

Таким образом, в предлагаемом изобретении используются новые ингредиенты - ПАЩ-1 или ЩСПК, новые элементы технологии: влажность сырьевой смеси, плотная структура обжигаемой смеси, температура обжига; темп набора и снижения температуры при обжиге, что дает основание утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

В научно-технической и патентной литературе известно использование продукта обжига известнякового компонента и адипината натрия в качестве сырьевой смеси для получения разрушающего материала. В то же время неизвестно применение адипинатсодержащих продуктов ПАЩ-1 или ЩСПК в составе сырьевой смеси при получении расширяющей добавки к тампонажному материалу.

В научно-технической и патентной литературе [Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. - М.: Стройиздат, 1976, с.84-85] известно получение извести обжигом при температурах 850-950°C. В то же время неизвестно получение расширяющей добавки на основе оксида кальция обжигом при данных температурах.

В научно-технической и патентной литературе не известно регламентирование влажности сырьевой смеси при обжиге и регламентирование темпа набора и снижения температуры обжига в процессе получения расширяющих добавок к тампонажным материалам.

Таким образом, сказанное подтверждает соответствие заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Пример реализации изобретения.

Для получения расширяющей добавки готовится смесь, содержащая 1000 г мела и ПАЩ-1 или ЩСПК в количестве, обеспечивающем влажность смеси 6%. Смесь тщательно перемешивается и прессуется, затем обжигается при постоянно повышающейся температуре с темпом 10 град/мин. До температуры 900°C время подъема температуры составило 1 час. Затем сырьевая смесь после выдержки при температуре 900°C охлаждалась и размалывалась.

С полученной расширяющей добавкой готовился тампонажный материал, содержащий 900 портландцемента ПЦТ-1-50 и 100 г полученной расширяющей добавки. Смесь затворялась 500 г воды (В/Ц=0,5). У полученного раствора согласно ГОСТ измеряли растекаемость и плотность. Кроме этого, заливали формы для получения образцов - балочек для определения прочности цементного камня на изгиб через 2 суток твердения в нормальных условиях. Свойства раствора и полученного цементного камня приведены в таблице, из которой видно, что основные свойства раствора и камня находятся в пределах требований ГОСТ 1581-96. В этой же таблице приведены характеристики традиционно применяемого тампонажного портландцемента.

Пример реализации заявляемого способа свидетельствуют о соответствии его критерию "практическая применимость".

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения расширяющей добавки, включающий обжиг сырьевой смеси, включающей мел и добавку, содержащей адипинат натрия, последующий помол продукта обжига, отличающийся тем, что в качестве добавки используют пластификатор адипиновый щелочной - ПАЩ-1 или щелочной сток производства капролактама - ЩСПК, готовят сырьевую смесь, имеющую влажность 5-7%, тщательным перемешиванием, затем получают устойчивые формы с плотной структурой прессованием приготовленной смеси, обжигают при температуре 850-950°C, причем в процессе обжига темп набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин, продукт обжига равномерно охлаждают.

www.freepatent.ru

Реферат Состав расширяющих тампонажных цементов.

Состав расширяющих тампонажных цементов.

В строительной практике используются различные виды расширяющих цементе, главным образом на сульфатоалюминатний основе. Известны водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВСЦ) и напрягающий цемент (НЦ). ВСЦ изготавливают путем качественного смешивания или совместного помола глиноземистого цемента (68 - 71%), полуводный гипса (20 - 22%) и высоко основного гидроалюминатом

Ca - 4CaO х Al2O3 х 13h3O (10-11%). Высокоосновного гидроалюминат находится в продукте, который удерживают из смеси глиноземлистого цемента и гидратной извести. НЦ получают путем тонкого совместного помола портландцементного клинкера, глиноземистого шлака (или глиноземлистого цемента) и гипсового камня, обычно в соотношении 70: 15: 15.

Расширение ВСЦ и НЦ происходит вследствие образования сначала моногидросульфоалюмината Ca а затем серной формы гидросульфоалюмината

Ca - 3CaO х Al2O3 х 3CaSO4 х 31 (32) h3O. Последняя соединение образующейся через 2-3 суток твердения расширяющего цемента, то есть когда камень еще полностью не затвердел, способствует равномерному расширению всей цементной системы.

Гипсоглиноземлистий расширяющий цемент схватывается медленнее ВСЦ. Его получают в результате совместного помола природного двоводного гипса и продуктов оппалювання до плавления или спекания сырьевой смеси боксита и известняка в соотношении 70: 30. Для его изготовления применяют также високоглиноземлисти шлаки, содержащие не более 11% SiO2 и 38 - 41% CaO. В составе глиноземистого части вяжущего должен преобладать моноалюминат Ca, а содержание высоко основных алюминатов Ca должен быть минимальным. Относительная величина линейного расширения через 28 суток твердения в воде должна быть не менее 0,3% и не более 1%.

Известен также расширяющий цемент на основе портландцемента. В его состав входит 60 - 65% портландцемента, 5 - 7% глиноземлистого цемента, 7 - 10% двоводного гипса, 20 - 25% гидравлической добавки. Расширение образцов при твердении в воде в течение суток составляет 0,15%, а через 28 суток - до 0,3 - 1%. Началом схватывания без специального регулирования наступает через 30 минут.

В гидротехническом и шихтовом строительстве, в нефтегазовой промышленности используют несколько видов специальных расширяющих тампонажных цементов. Расширение большинства таких цементов вызвано образованием и ростом при твердения кристаллов гидросульфоалюмината Ca. В последнее время используют также расширение за счет гидратации оксидов Ca и Mg.

Гипсоглиноземлистий цемент является продуктом совместного помола високоглиноземлистого шлака и двоводного гипса в соотношении 3: 1. При приготовлении суспензии из такого цемента на воде (t0 = 220С) ориентировочные параметры раствора должны иметь следующие значения:

водоцементное отношение ............................................. ............................ 0,5

Растекаемость (конус А3НДИ), см. ....................................... ............................ 22

начало схватывания, ч ........................................... .................................... 1

конец схватывания, ч ........................................... ....................................... 1,5

прочность камня на сжатие, МПа через 48 час. твердения ........................... 18

Для крепления скважин чаще применяют смесь тампонажного портландцемента и гипсоглиноземлистого в соотношениях (75 - 85%): (25 - 15%). В таких случаях при водоцементном отношении 0,45 и t0 = 220C начало схватывания задерживается до 2,5 - 4 часа., Прочностные показатели аналогичны тампонажных цементах, а расширение образцов достигает 2%. С повышением t0 до 400С сроки схватывания сокращаются. ТК из таких цементов обладает повышенной коррозионной стойкостью. Гипсоглиноземлистий цемент промышленными партиями производится Пашиським цементным заводом.

Тампонажный цемент с добавками магнезита и доломита является смесью тампонажного портландцемента с магнезитом (MgCO3), или доломитом (CaCO3 х MgCO3), которые обожженные при to 700 - 9000С. Добавки для цементов обожженных магнезита доломита соответственно 5 - 10 и 10 - 20% обеспечивают расширение ТК в течение 48 час. до 0,5% за счет гидратации оксидов MgO и смеси MgO + CaO в цементном камне.

Расширяя тампонажные цементы (РТЦ) с большим значением расширения получают добавлением добавок молотых негашеной извести и периклаза, обожженных при определенных t0.

в составе цемента для низких и нормальных t0перевагу следует предоставлять сорта извести, медленно гашеная ", которое разделено в удельной поверхности 250 - 350 м2/кг.

В зависимости от качества сырья, условий отопления и хранения негашеная известь может содержать разное количество СаО. При содержании его в цементе до 10% и W = 0,4 - 0,5 наблюдается линейная зависимость расширения и прочности от содержания СаО, которая в дальнейшем переходит в степенную. В области линейной зависимости (то есть до 10% активного СаО), несмотря на большое значение расширения, целостность структуры ТК не поднимается и сохраняется его высокая прочность. При больших добавках расширяющего компонента расширения настолько велико, что структура ТК даже на начальной стадии развития не может сама зарощуваты микро разрывы и прочность камня резко снижается. Поэтому состав расширяющего цемента необходимо подбирать с учетом содержания активного СаО в негашеной извести.

Ранняя прочность ТК с расширяющего цемента несколько ниже прочность камня из исходного тампонажного цемента. Однако в течение затвердевания разница в прочности камня с расширяющего и выходного цементов уменьшается. Повышение водовмещающих раствора уменьшает расширение камня.

Промышленное негашеная известь, является мягко обожженным оксидом Сао, гидратирующийся

с образованием тонкодисперсного Са (ОН) 2, обладает высокой структурообразующих способностью, в результате чего ускоряется запустение тампонажного раствора.

Тампонажный раствор с расширяю чего цемента и негашеной извести имеет характерную форму кривой загустения - участок низкой начальной консистенции быстро меняется рост и консистенции, вызвано гидратацией оксида кальция. Вслед за этим наступает непродолжительное инкубационный период, в течение которого консистенция по абсолютному значению выше, чем у обычного тампонажного цемента. После инкубационного периода наступает процесс загустения вследствие интенсивной гидратации силикатных минералов, который протекает так, как в обычных тампонажных цементов. Время запустение в РТЦ несколько меньше, чем у исходного тампонажного цемента.

Для получения расширения в пределах 16 - 20% с момента приготовления раствора (3-7% с начала схватывания), что значительно больше, чем у других видов расширяющих цементов, но безопасно для свойств ТК, необходимо на 100 массовых долей портландцемента вводить 10 -20 массовых долей молотого негашеной извести. Количество введенного извести зависит от сроков схватывания исходного портландцемента, его активности и скорости тушения, а также от условий применения цемента.

В умеренно высоких температурных условиях возникает проблема сохранения необходимого расширения и обеспечения достаточного времени прокачки тампонажного раствора. С повышением t0 величина расширения, которое фиксируется после начала схватывания, уменьшается, однако при t0 до 750С оксид кальция еще можно применять как расширяющее добавку, особенно когда выбирать известь с низкой скоростью тушения. При производстве больших партий извести, которое предназначено для добавления в тампонажных цементов для умеренно высоких t0, можно ввести изменения в технологический процесс обжига с целью получения пережженных извести. В такие цементы целесообразно также добавлять молотый кварцевый песок, который способствует замедлению запустение и схватывания раствора, а также повышению прочности в процессе твердения в результате реакции СаО и SиО2.

При t0> 75 0С процесс гидратации извести происходит настолько быстро, что значительная часть оксида Са превращается в гидроксид еще до появления структуры постепенно, не к расширению камня. Однако, если частицы свободного оксида Са расположены внутри частиц клинкера или пылевидной золы, то они гид ратуються значительно медленнее, чем оксид Са добавляемый в виде негашеной извести, полученной при такой же t0 обжига.

Портландцементный клинкер, содержащий свободный оксид Са можно получить двумя способами: кратковременным обжигом при t0 1100 - 13500С сырьевой смеси, составленной с расчетом на получение не менее 60% три кальциевого силиката (остаток свободной извести в клинкере в пределах 3 - 15%), и обычным обжигом сырьевой смеси КН> 1.

На основе таких клинкеров можно получить расширяя цементы для скважин с t0 от 50 до 1200С. Клинкеры с КН> 1 можно применять при t0 не менее 800С.

Преимущество расширяя тампонажных цементов на базе клинкера со свободным CaO заключается в том, что наряду с обеспечением большого расширения камня при высоких t 0, значительно упрощается технологических процесс изготовления такого цемента. Его можно производить на любом цементном заводе без значительного изменения технологического процесса. Такие цементы значительно лучше сохраняются, чем цементы с добавкой молотого негашеной извести. Необходимо отметить также, что желательно применять этот клинкер в составе термостойкого песчанистых цемента.

Экономически эффективный способ получения расширяя цементов на основе оксида Ca состоит в добавлении к портландцемента пылевидных топливных зол, содержащих свободный оксид Ca. Такие золы остаются после сжигания некоторых видов угля и сланцев в пылеугольных топках на электростанциях.

Для скважин с более высокими t0 целесообразно применять менее активную оксидную расширяя добавку - оксидMg. Если оксидMg обжигать при t0 1200 - 13000С, то он может быть хорошей расширяющей добавкой для цементов при температурах от 120 до 1800С.

При t0> 1600С расширяю чего добавкой может быть оксид Mg, который обожженный при более высоких t0-рах. В металлургической промышленности для футеровки печей часто применяют металлургический магнезитовый порошок, который получают обжигом магнезита при t0 1500 - 16000С с содержанием MgO не более 50%. Оксид Mg в магнезитовому порошка находится в виде периклаза, высокая t0 обжига которого обусловливает его низкую реакционную способность. Добавка MgO в виде так называемого, пережженных "периклаза оказалась удачной расширяющей добавкой для высокотемпературных тампонажных цементов (t0 применения> 1800С). Такой Перикла помещается в количестве до 40% в некоторых металлургических шлаках, которые также можно использовать в качестве расширяющей добавки. Оксид Mg, обожженный при t0 12000С, находится, например, в количестве 36% в ароматном шламе - отходе от переработки хромитовых руд.

ogorod.net

Способ получения расширяющей добавки к тампонажному материалу

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и конкретно к области производства добавок для получения специальных цементов, а именно тампонажных материалов для крепления нефтяных и газовых скважин. В способе получения расширяющей добавки, включающем обжиг сырьевого смеси, включающей мел и добавку, содержащую адипинат натрия, последующий помол продукта обжига, в качестве добавки используют пластификатор адипиновый щелочной - ПАЩ-1 или щелочной сток производства капролактама - ЩСПК, готовят сырьевую смесь, имеющую влажность 5-7%, тщательным перемешиванием, затем получают устойчивые формы с плотной структурой прессованием приготовленной смеси, обжигают при температуре 850-950°C, причем в процессе обжига темп набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин, продукт обжига равномерно охлаждают. Технический результат - повышение степени расширения. 1 пр.. 1 табл.

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и конкретно к области производства добавок для получения специальных цементов, а именно тампонажных материалов для крепления нефтяных и газовых скважин.

Для повышения качества крепления нефтяных и газовых скважин применяют расширяющиеся тампонажные цементы, в которых эффект расширения обеспечивается специальной расширяющей добавкой.

При этом расширяющие добавки для тампонажных материалов, помимо эффекта расширения, должны обладать оптимальной кинетикой расширения. Быстрое расширение приведет к тому, что добавка расширится еще до закачки или в процессе закачки цементного раствора в скважину и после затвердевания цементного раствора никакого расширения не будет. Позднее расширение добавки приводит к разрушению цементного камня.

Известны способы получения расширяющихся добавок путем смешения рационально подобранных ингредиентов, например, гипса, с высокоглиноземистым шлаком или глиноземистым цементом [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, стр.154]. Недостатком способа является недостаточная эффективность получаемой расширяющей добавки.

Известен способ получения расширяющей добавки обжигом магнезита, в которой расширение цементного камня обеспечивается гидратацией оксида магния (MgO), образующегося в процессе обжига [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, стр.161]. Недостатком данного способа является незначительная величина расширения цементов при нормальных и низких температурах.

Наибольшее применение для модификации тампонажных цементов находят расширяющие добавки получаемые обжигом известняка при температурах 900-1200°C [Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987, стр.157]. Обжиг известняка при температурах 900-950°C приводит к образованию быстрогасящей извести, применение которой в тампонажных цементах неэффективно из-за высокой скорости ее гидратации. Обжиг известняка при температурах выше 1100°C позволяет получить расширяющую добавку с замедленной скоростью гидратации, при этом существенно возрастают энергозатраты на ее получение.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения расширяющей добавки совместным обжигом мела с добавкой адипината натрия в соотношении 95:5 с последующим измельчением продукта обжига [Патент РФ №2153061, БИ 20, 2000. Расширяющийся тампонажный материал].

Недостатком указанного способа получения расширяющей добавки к тампонажному материалу является низкая величина расширения. Целью изобретения является устранение указанных недостатков. Поставленная задача решается тем, что в способе получения расширяющей добавки, включающем обжиг сырьевой смеси, включающей мел и добавку, содержащую адипинат натрия, последующий помол продукта обжига, в качестве добавки используется пластификатор адипиновый щелочной (ПАЩ-1) или щелочной сток производства капролактама (ЩСПК), готовят сырьевую смесь с влажностью 5-7% тщательным перемешиванием, затем получают устойчивые формы с плотной структурой прессованием приготовленной смеси, обжигают при температуре 850-950°C, причем в процессе обжига темп набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин, продукт обжига равномерно охлаждают.

Сущность изобретения заключается в следующем, пластификатор адипиновый щелочной (ПАЩ-1) и щелочной сток производства капролактама (ЩСПК) содержат в своем составе адипинат натрия, который на 100-200°C снижает температуру образования извести при обжиге мела. При этом одновременно со снижением температуры обжига меняется форма и размеры кристаллов, которые, являясь более закристаллизованными, медленнее гидратируют с водой, приводя к более позднему расширению цементного камня.

Смешение мела с ПАЩ-1 или ЩСПК и получение сырьевой смеси с влажностью менее 5-7% обеспечивает получение сырьевой смеси в виде гранул или образцов, имеющих устойчивую форму, не разрушающуюся при внешних воздействиях в процессе обжига, что обеспечивает обжиг всего объема сырьевой смеси.

В то же время смешение мела с ПАЩ-1 или ЩСПК и получение сырьевой смеси с влажностью менее 5% приводит к рассыпанию смеси в порошок, значительная часть которого удаляется в процессе обжига вместе с дымовыми газами. При этом удаляется значительная часть адипината натрия, содержащегося в ПАЩ-1 и ЩСПК, что снижает эффективность результатов обжига. В частности, продукт обжига получается быстрогасящимся, что делает его непригодным в качестве расширяющей добавки в тампонажные материалы.

Получение сырьевой смеси с влажностью более 10% приводит к тому, что адипинат натрия вместе с паром интенсивно испаряется из сырьевой смеси в печи обжига, что ведет к потере расширяющих свойств продукта. Кроме того, повышенная влажность приводит к повышению энергозатрат при обжиге.

Обжиг сырьевой смеси, находящейся в виде устойчивых форм с плотной структурой, приводит к наиболее полному протеканию процесса во всем объеме обжигаемой смеси. Обжиг сырьевой смеси в виде порошка приводит к испарению адипината натрия и снижает величину расширения.

Обжиг сырьевой смеси проводят при температурах 850-950°C, при которых обеспечивается наиболее полный обжиг сырьевой смеси с получением хорошо закристаллизованных продуктов обжига в виде СаО.

Обжиг при температуре менее 850°C приводит к тому, что смесь полностью обжигается, но продукты обжига не успевают закристаллизоваться, и поэтому они имеют высокую скорость гашения, т.е. продукт обжига не может использоваться в виде расширяющей добавки, поскольку он может взаимодействовать с водой (прогидратировать) еще в процессе приготовления тампонажного раствора.

Обжиг при температуре более 950°C приводит к тому, что обожженная смесь пережигается и способна взаимодействовать с водой только при повышенных температурах, к повышению энергозатрат и нагрузки на футеровку печи обжига. Кроме того, в результате пережога и замедления скорости гидратации расширение может наступить уже после образования прочного камня, что приведет возникновению внутренних напряжений в цементном камне и образованию в нем трещин.

Поддержание темпа набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин в процессе обжига, что обеспечивает равномерный прогрев сырьевой смеси в процессе набора температуры и ее равномерное охлаждение по всему объему продукта обжига, что позволяет равномерно закристаллизовать продут обжига и предотвратить его перекристаллизацию.

Более быстрый темп набора температуры приводит к неравномерному обжигу сырьевой смеси, и ее внутренняя часть может остаться недожженной по сравнению с наружными слоями. Темп набора температуры медленнее 5,0 град/мин проводит к удлинению процесса обжига и увеличивает стоимость продукции.

Таким образом, в предлагаемом изобретении получение расширяющей добавки к тампонажному материалу возможно только при сочетании всех условий, содержащихся в отличительной части формулы изобретения, а именно использование ПАЩ-1 или ЩСПК; влажность сырьевой смеси 5-7%; обжиг материала в виде устойчивых форм с плотной структурой; температура обжига 850-950°C; темп набора температуры при обжиге 5,0-20,0 град/мин.

Таким образом, в предлагаемом изобретении используются новые ингредиенты - ПАЩ-1 или ЩСПК, новые элементы технологии: влажность сырьевой смеси, плотная структура обжигаемой смеси, температура обжига; темп набора и снижения температуры при обжиге, что дает основание утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

В научно-технической и патентной литературе известно использование продукта обжига известнякового компонента и адипината натрия в качестве сырьевой смеси для получения разрушающего материала. В то же время неизвестно применение адипинатсодержащих продуктов ПАЩ-1 или ЩСПК в составе сырьевой смеси при получении расширяющей добавки к тампонажному материалу.

В научно-технической и патентной литературе [Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. - М.: Стройиздат, 1976, с.84-85] известно получение извести обжигом при температурах 850-950°C. В то же время неизвестно получение расширяющей добавки на основе оксида кальция обжигом при данных температурах.

В научно-технической и патентной литературе не известно регламентирование влажности сырьевой смеси при обжиге и регламентирование темпа набора и снижения температуры обжига в процессе получения расширяющих добавок к тампонажным материалам.

Таким образом, сказанное подтверждает соответствие заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Пример реализации изобретения.

Для получения расширяющей добавки готовится смесь, содержащая 1000 г мела и ПАЩ-1 или ЩСПК в количестве, обеспечивающем влажность смеси 6%. Смесь тщательно перемешивается и прессуется, затем обжигается при постоянно повышающейся температуре с темпом 10 град/мин. До температуры 900°C время подъема температуры составило 1 час. Затем сырьевая смесь после выдержки при температуре 900°C охлаждалась и размалывалась.

С полученной расширяющей добавкой готовился тампонажный материал, содержащий 900 портландцемента ПЦТ-1-50 и 100 г полученной расширяющей добавки. Смесь затворялась 500 г воды (В/Ц=0,5). У полученного раствора согласно ГОСТ измеряли растекаемость и плотность. Кроме этого, заливали формы для получения образцов - балочек для определения прочности цементного камня на изгиб через 2 суток твердения в нормальных условиях. Свойства раствора и полученного цементного камня приведены в таблице, из которой видно, что основные свойства раствора и камня находятся в пределах требований ГОСТ 1581-96. В этой же таблице приведены характеристики традиционно применяемого тампонажного портландцемента.

Пример реализации заявляемого способа свидетельствуют о соответствии его критерию "практическая применимость".

Способ получения расширяющей добавки, включающий обжиг сырьевой смеси, включающей мел и добавку, содержащей адипинат натрия, последующий помол продукта обжига, отличающийся тем, что в качестве добавки используют пластификатор адипиновый щелочной - ПАЩ-1 или щелочной сток производства капролактама - ЩСПК, готовят сырьевую смесь, имеющую влажность 5-7%, тщательным перемешиванием, затем получают устойчивые формы с плотной структурой прессованием приготовленной смеси, обжигают при температуре 850-950°C, причем в процессе обжига темп набора температуры составляет 5,0-20,0 град/мин, продукт обжига равномерно охлаждают.

www.findpatent.ru


Смотрите также