ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР

ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2141026 (13) C1

(51) 6 E21B33/138 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 13.11.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 97111567/03 
(22) Дата подачи заявки: 1997.07.08 
(45) Опубликовано: 1999.11.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 4370166 A, 25.01.83. SU 1640367 A, 03.04.91. SU 1735572 A1, 23.05.92. SU 1731939 A1, 07.05.92. RU 2072026 C1, 20.01.97. RU 2085702 C1, 23.07.97. 
(71) Заявитель(и): Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий "ТюменНИИГипрогаз" 
(72) Автор(ы): Щербич Н.Е.; Ипполитов В.В.; Янкевич В.Ф.; Фролов А.А.; Овчинников В.П.; Карелина Н.Е. 
(73) Патентообладатель(и): Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий "ТюменНИИГипрогаз" 
Адрес для переписки: 625019, Тюмень, ул.Республики, 213-б, ТюменНИИГипрогаз 

(54) ОБЛЕГЧЕННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР 

Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву пород. Облегченный тампонажный раствор содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. %: портландцемент тампонажный 53,75 - 62,67, полые стеклянные микросферы 1,33 - 3,75, карбоалюминатная добавка 1,25 - 2,67, гипс 1,2 - 2,67, вода или 4%-ный раствор хлористого кальция - остальное. Технический результат - достижение расширения цементного камня в пределах 0,1 - 0,3% при одновременном снижении плотности тампонажного раствора до 1,42 г/см3. 3 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных или нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву пород, а также наличием в разрезе многолетнемерзлых пород (ММП).

Известен облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент, облегчающую добавку - стеклянные микросферы, суперпластификатор, гидрофобизатор и воду /1/.

Недостатком известного облегченного тампонажного раствора является отсутствие расширения тампонажного камня, приводящее к межколонным проявлениям, кроме того, данный состав применим только при температуре 75oC.

Наиболее близким по составу и назначению является облегченный тампонажный раствор, содержащий цемент, полые стеклянные микросферы и воду /2/.

Недостатком известного раствора является отсутствие сцепления тампонажного камня с колонной, т. к. в процессе твердения наблюдается усадка цементного камня, что подтверждается данными АКЦ на месторождениях Севера Тюменской области.

Задачей изобретения является улучшение параметров облегченного тампонажного раствора и камня за счет расширения тампонажного камня в процессе твердения, обеспечивающего предотвращение межколонных проявлений в процессе эксплуатации скважин.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка облегченного тампонажного раствора, обладающего расширяющим эффектом.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый облегченный тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, облегчающую добавку, расширяющий компонент и жидкость затворения, в отличие от известного содержит в качестве расширяющего компонента карбоалюминатную добавку и гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент тампонажный - 53,75 - 62,67

полые стеклянные микросферы - 1,33 - 3,75

карбоалюминатная добавка - 1,25 - 2,67

гипс - 1,25 - 2,67

вода или 4% раствор хлористого кальция - остальное

Таким образом, сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый облегченный тампонажный раствор отличается от известного введением новых компонентов, а именно: карбоалюминатной добавки и гипса при вышеприведенном соотношении компонентов, т.е. заявляемое изобретение отвечает критерию "новизна".

Поскольку использование изобретения позволяет осуществить существующую потребность, заявляемое изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Полые стеклянные микросферы выпускаются по ТУ 6-48-108-94 и представляют собой легкий сыпучий порошок белого цвета, состоящий из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах 15 - 200 мкм, преимущественно от 15 до 125 мкм. Мискросферы вырабатываются из натриевоборосиликатного стекла.

Карбоалюминатную добавку получают в качестве попутного продукта способом гидрохимического синтеза из щелочно-карбоалюминатных растворов и извести при комплексной переработке нефелинов на глинозем высших сортов, содопродукты и цемент. Карбоалюминатная добавка состоит преимущественно из гидрокарбоалюминатов кальция, которые представляют собой ненасыщенные твердые растворы ангидрида угольной кислоты в четырехкальциевом гидроалюминате ориентировочной формулы 4CaO Al2O3 (0,25 - 1,25)CO2 (11 - 12)H2O. В качестве примесных фаз присутствуют карбонат кальция, гидроалюминаты и низконасыщенные гидрогранаты кальция. Действие карбоалюминатной добавки при твердении составов основывается на химическом взаимодействии гидрокарбоалюмината кальция и гипса с образованием эттрингита по условной схеме:

4CaO Al2O3 CO2 (11 - 12)H2O + 3(CaSO4 2H2O) + (14 - 15)H2O ---> 3CaO Al2O3 3CaSO4(31 - 33)H2O + CaCO3

Образование этого соединения на определенных этапах формирования цементного камня обусловливает компенсацию естественной усадки цементного камня, фиксированное расширение цементного камня в требуемых пределах, а также уплотнение его структуры. Образование эттрингита происходит в ранние сроки твердения, что обеспечивает рост прочности образующего камня.

Сравнительные данные свойств известного состава тампонажного раствора приведены в табл. 1, а заявляемого в предельных (составы 1 - 12) и запредельных значениях ингредиентов (составы 13 - 16) приведены в табл. 2 и 3.

В представленных экспериментальных данных использовали портландцемент тампонажный ПЦТ Д20-50 по ГОСТ 1581-91, стеклянные микросферы по ТУ 6-48-108-94, карбоалюминатную добавку по ТУ 5743-066-00194027-94, гипс по ГОСТ 125-79, хлористый кальций по ГОСТ 450-77 и воду водопроводную по ГОСТ 2874-82.

Сравнение с известным раствором происходит по расходу стеклянных микросфер: 2, 4, 6 мас. % от массы сухой тампонажной смеси. Все составы (известные и заявляемые) имеют одинаковые условия твердения, образцы до испытания находятся в ванне с водой при температуре 20oC.

Определение основных свойств облегченного тампонажного раствора и камня производили при температуре 20 + 2oC и атмосферном давлении в соответствии ГОСТ 26798.0 - ГОСТ 26798.2-85 "Цементы тампонажные. Методы испытаний". Плотность тампонажного раствора определяли пикнометром, растекаемость - по конусу АзНИИ, сроки схватывания - иглой Вика, предел прочности камня на изгиб - на испытательной машине МИИ-100, расширение тампонажного камня в процессе твердения - с помощью прибора системы ГОИ (государственный оптический институт).

Облегченный тампонажный раствор готовят следующим образом. Необходимое количество карбоалюминатной добавки смешивают с гипсом и цементом, затем добавляют облегчающую добавку - полые стеклянные микросферы в заданных соотношениях. Сухую тампонажную смесь затворяют водой или 4% раствором CaCl2 в зависимости от условий цементирования скважины. При цементировании кондуктора (зона ММП) применяют облегченный тампонажный раствор, затворенный раствором CaCl2, а при креплении эксплуатационной колонны используют облегченный тампонажный раствор, затворенный на воде.

Пример. Для приготовления 1 кг тампонажного раствора (состав 8, табл. 2) необходимо взять 25,8 г карбоалюминатной добавки, смешать ее с 25,8 г гипса и с 567,7 г цемента, затем добавить 25,8 г полых стеклянных микросфер и полученную сухую смесь затворить 354,8 г 4% раствором CaCl2. Состав перемешивают 3 мин, после чего определяют плотность и растекаемость. Раствор заливают в формы для определения сроков схватывания, расширения, предела прочности камня на изгиб. После определения сроков схватывания и до времени испытания на изгиб и расширение образцы хранят в воде при температуре 20 + 2oC. Камень испытывают на прочность и расширение через 2, 7 и 14 сут.

Результаты испытаний приведены в табл. 2 и 3. Приготовленный состав 8 имеет плотность 1,53 г/см3, растекаемость - 24 см, начало схватывания через 4 ч 50 мин, конец схватывания - 5 ч 25 мин, предел прочности камня на изгиб составляет через 2 сут 2,7 МПа, через 7 сут - 4,0 МПа, через 14 сут - 4,7 МПа, расширение через 2 сут составляет 0,16%, через 7 сут - 0,23%, через 14 сут - 0,24%. Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в табл. 2, аналогичны вышеописанному.

Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовые соотношения ингредиентов в широком интервале значений.

Как видно из таблиц, заявляемый тампонажный раствор обладает значительным расширением, которое нарастает в течение 2 - 10 суток гидратации и обнаруживает тенденцию к стабилизации к 14 сут твердения. Уже через 2 сут твердения цементный камень имеет расширение от 0,10 до 0,26% через 7 сут - от 0,15 до 0,30% и от 0,16 до 0,33% через 14 сут твердения при граничных значениях портландцемента от 53,75 до 62,67 мас.%, стеклянных микросфер от 1,33 до 3,75 мас.%, карбоалюминатной добавки и гипса от 1,25 до 2,67 мас.%, воды или раствора CaCl2 от 33,33 до 37,50 мас.%, тогда как у известных составов расширение камня отсутствует. При этом сохраняются основные технологические параметры (сроки схватывания, предел прочности камня на изгиб, растекаемость и плотность раствора).

При содержании в растворе полых стеклянных микросфер менее 1,33 мас.% (состав 13 табл. 2) возрастает плотность тампонажного раствора (1,70 г/см3), которая не удовлетворяет требованиям ГОСТ на облегченный тампонажный раствор, а при содержании микросфер более 3,75 мас.% (состав 14) раствор теряет подвижность (растекаемость 19 см) и снижается прочность камня на изгиб.

При увеличении содержания в растворе карбоалюминатной добавки (более 2,67 мас. %) резко снижается прочность камня на изгиб (состав 15 табл. 2 и 3), а при уменьшенном содержании карбоалюминатной добавки уменьшается расширение камня (состав 16).

Предлагаемый тампонажный раствор позволяет повысить качество крепления скважин и предотвратить газонефтепроявления, имеющие место при цементировании известными составами с использованием полых стеклянных микросфер без расширяющей добавки.

Источники информации.

1. А.С. N 1640367, кл. E 21 B 33/138, 07.04.91.

2. Патент США N 4370166, кл. C 04 B 7/02, 1983. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Облегченный тампонажный раствор, включающий тампонажный портландцемент, облегчающую добавку - полые стеклянные микросферы и жидкость затворения - воду или 4%-ный раствор хлористого кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбоалюминатную добавку и гипс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент тампонажный - 53,75 - 62,67

Полые стеклянные микросферы - 1,33 - 3,75

Карбоалюминатная добавка - 1,25 - 2,67

Гипс - 1,25 - 2,67

Вода или 4%-ный раствор хлористого кальция - Остальное






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru