ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2256774

ЛЕГКИЙ ТАМПОНАЖНЫЙ ЦЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ)

Имя изобретателя:  
Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью "Нормин" (RU)
Адрес для переписки: 127349, Москва, ул. Лескова, 6, кв.35, Б.А.Симановскому
Дата начала действия патента: 2003.06.25 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности тампонажных цементов, предназначенных для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, с целью изоляции их от проникновения воды и водных растворов. Техническим результатом является получение легкого тампонажного цемента с необходимыми эксплуатационными свойствами из доступных, дешевых материалов с использованием легковесного наполнителя, основу которого составляют полые алюмосиликатные микросферы, полученные гидросепарацией водной суспензии золы в золоотвальном водоеме. Легкий тампонажный цемент, применяемый в качестве строительного материала, в том числе для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, имеющий плотность 1,1-1,4 г/см3 , состоящий из смеси одной из марок известного цемента и легковесного наполнителя, который добавляют в количестве 5,0-60,0 мас.% от массы смеси и который состоит из композиции, содержащей полые алюмосиликатные микросферы, каолин и поверхностно-активный гидроксид алюминия. Легковесный наполнитель содержит упомянутые компоненты в следующих количествах, мас.%: полые алюмосиликатные микросферы - 80,0-95,0, каолин - 3,0-15,0, поверхностно-активный гидроксид алюминия - 2,0-5,0. Причем полые алюмосиликатные микросферы, получаемые гидросепарацией водной суспензии золы в золоотвальном водоеме, имеют размеры 10-400 мкм и насыпной вес 0,3-0,5 г/см 3. В качестве каолина может быть использован один из известных видов вторичных или обогащенных каолинов, содержащий 30,0-45,0 мас.% Al2O3. Поверхностно-активный гидроксид алюминия может быть получен низкотемпературной карбонизацией алюминатных растворов и имеет удельную поверхность 300-500 м 2/г. В качестве одной из марок известного цемента используют портландцементы марки ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100 или любые цементы, применяемые в строительстве. Легкий тампонажный цемент, применяемый в качестве строительного материала, в том числе для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, имеющий плотность 1,1-1,4 г/см3, состоящий из смеси одной из марок известного цемента и легковесного наполнителя из полых алюмосиликатных микросфер с влажностью 30,0-65,0 мас.% в количестве 15-85 мас.% от массы смеси. В качестве одной из марок известного цемента в этом случае также могут быть использованы портландцементы марки ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100 или любые цементы, применяемые в строительстве.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности тампонажных цементов, предназначенных для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, с целью изоляции их от проникновения воды и водных растворов.

В настоящее время для изоляции нефтяных и газовых скважин применяют различные виды портландцементов, которые отличаются по химическим и физическим свойствам. В зависимости от условий залегания нефти и газа и в зависимости от характера повреждений скважины используют соответствующие марки портландцементов. При заполнении образовавшихся раковин в приствольном пространстве требуется цемент, который легко проникает в различные пустоты и имеет достаточное время затвердевания. Для ремонта разрушенных участков требуются портландцементы с высокой адгезионной способностью, которая обеспечивает прочные поверхностные связи с разрушенной поверхностью старого цемента. Важными свойствами портландцементов, используемых для ремонта скважин, являются их прочность при изгибе, пластичность, водоотделение, водоцементное отношение.

При всей значимости вышеперечисленных свойств портландцемента наиболее важной является его плотность. Чем меньше плотность цемента, тем легче закачать его на большие глубины. Из портландцементов с малой плотностью получают более легкие изоляционные конструкции. Иными словами, такие цементы более экономичны при их использовании.

Применение добавок для уменьшения плотности цемента, таких как бентонит, метасиликат натрия, и регулирование добавки воды не позволяют эффективно уменьшить плотность цементов, не снижая при этом их основные характеристики. Авторы патента США №5,588,489 для уменьшения плотности и улучшения свойств тампонажных цементов предлагают вводить в цементную массу газ (азот или воздух) в количестве от 5 до 75 об.% от объема цементной массы. Пузырьки газа создают необходимое давление при затвердевании цемента, что, по мнению авторов, препятствует проникновению воды в скважину в процессе цементирования и после образования цементного камня. Кроме того, присутствие газовых пузырей в цементной массе способствует уменьшению теплопроводности изоляции скважины, что особенно важно в условиях добычи нефти и газа при низких температурах. Облегченные цементы для изоляции нефтяных и газовых скважин с аналогичными свойствами предлагают получать авторы патента США №5,696,059.

Продувку газом для уменьшения плотности цементной массы используют авторы патентов США №6,006,835, №6,143,069, 6,220,354 и 6,500,252, в которых к портландцементу добавляют различные компоненты, такие как эпоксидная смола, добавки для отвердевания и придания пластичности цементному камню.

Авторы всех вышеприведенных патентов для получения облегченных тампонажных цементов использовали газ, который, наполняя цементную массу, создавал в цементном камне сферические пространства, заполненные воздухом или азотом. Недостатками этих способов получения облегченных тампонажных цементов являются неравномерность распределения газовых пузырей в вязком цементном растворе, отсутствие возможности регулирования размеров сферических пустот, что, как правило, приводит к образованию раковин в цементном камне и, как результат этого, нарушение герметичности и прочности гидроизоляции скважины. Кроме того, при получении данными способами тампонажных цементов на буровых установках требуется специальная техника, что создает дополнительные трудности.

Для получения легковесного цемента автор патента США №5,935,699 предлагает использовать керамические микросферы. Состав цементной массы в соответствии с данным патентом, следующий, мас.%: 25,0-40,0 - полые керамические микросферы; 40,0-60,0 - цемент; 1,0-12,0 - суперполимерная добавка; 0,3-0,6 - суперпластификатор; 0,5-6,0 - пигментная добавка, 24,0-48,0 (от массы смеси) - вода. В качестве цемента может использоваться тампонажный цемент или высокоглиноземистый цемент. Применяемые микросферы, которые получали по технологии MICROSELLS SLG, имели диаметры в диапазоне 12-300 мкм и следующий химический состав, мас.%: оксид кремния - 50,0; оксид алюминия - 43,2; оксид железа - 0,5; оксид титана - 1,2; влажность - 0,1. Цементный раствор приготавливали добавлением в воду компонентов в следующей последовательности: микросферы, цемент, отвердитель, пластификатор, пигментные добавки для окраски цемента.

О применении микросферы для уменьшения плотности цементов сообщается и в патенте США №6,367,549. Для получения сверхлегкого изоляционного цемента авторы использовали смесь, состоящую из эпоксидной жидкости, отвердителя, легковесного наполнителя и полых стеклянных микросфер. Легковесный наполнитель представлен различными видами кремнезема и добавляется в количестве 2,5-30,0 мас.% от количества эпоксидного раствора. Полые стеклянные микросферы вводили в смесь в количестве 15,0-45,0 мас.% от количества эпоксидного раствора. В качестве отвердителя использовали кремнийорганические соединения.

Недостатком данных изобретений является использование достаточно дорогих, искусственно полученных по специальной технологии MICROSELLS SLG керамических микросфер для уменьшения плотности цемента. Кроме того, применение искусственно полученных добавок, таких как высокомолекулярные кремнийорганические отвердители, значительно ограничивает возможности использования предлагаемых цементов. Применение перечисленных компонентов для получения облегченных изоляционных цементов приводит к увеличению их стоимости, а следовательно, к ограничению их применения.

Использование полых алюмосиликатных микросфер для получения облегченных тампонажных цементов предлагается в патентах РФ №2139409, №2141026, №2151267, №2165006, которые не лишены вышеперечисленных недостатков.

Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) к данному изобретению является патент США №6,488,763, в котором авторы предлагают получать легковесный цемент для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин от проникновения воды и водных растворов из межпластового пространства вокруг скважины. Согласно данному патенту легковесный цемент, стойкий при высоких температурах, получали из смеси известного цемента на основе алюмината кальция, золы от сжигания углей, полифосфата натрия, который добавляли в количестве 5,0-20,0 мас.% от массы смеси, воды для образования тампонажного раствора и замедлителя отвердевания раствора, который добавляли в количестве 0,5-2,0 мас.% от массы смеси. Зола, используемая для придания цементу минимальной плотности при высокой прочности, добавляется в количестве до 85 мас.%. Полученный по технологии данного патента цемент имеет плотность 1,10-1,7 г/см3 .

Недостатком данного изобретения является неэффективное уменьшение плотности цемента. Авторы вышеприведенного прототипа отмечают, что использование добавок полых микросфер, полученной искусственно по технологии распыления, значительно увеличивает стоимость цементов из-за высокой цены таких микросфер. Поэтому авторы предлагают использовать для уменьшения плотности цемента золу, которая является отходом, продуктом сжигания углей в топках тепловых электростанций. Хотя по технологии, приведенной в прототипе, авторам удалось получить более дешевый и облегченный цемент, но эффективно уменьшить плотность цемента добавкой золы невозможно, т.к. основная масса золы представлена не полыми микросферами, а спеченными при температуре горения углей мелкими частицами с кристаллической муллитокремнеземистой беспористой структурой.

Устранить недостатки, присущие прототипу, позволяет предлагаемый в настоящем изобретении легкий тампонажный цемент, плотность которого составляет 1,1-1,4 г/см 3.

Решаемая техническая задача состоит в том, чтобы получить легкий тампонажный цемент с необходимыми эксплуатационными свойствами из доступных, дешевых материалов.

Целью изобретения является эффективность, техническая надежность и возможность получения легких тампонажных цементов с заданными свойствами за счет использования в качестве добавки к известным маркам цемента легковесного наполнителя, основу которого составляют полые алюмосиликатные микросферы, полученные гидросепарацией водной суспензии золы в золоотвальном водоеме.

Поставленная цель достигается за счет того, что легкий тампонажный цемент, применяемый в качестве строительного материала, в том числе для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, имеющий плотность 1,1-1,4 г/см 3, состоящий из смеси одной из марок известного цемента и легковесного наполнителя, который добавляют в количестве 5,0-60,0 мас.% от массы смеси и который состоит из композиции, содержащей полые алюмосиликатные микросферы, каолин и поверхностно-активный гидроксид алюминия.

Легковесный наполнитель содержит упомянутые компоненты в следующих количествах, мас.%: полые алюмосиликатные микросферы - 80,0-95,0, каолин - 3,0-15,0, поверхностно-активный гидроксид алюминия - 2,0-5,0.

Причем полые алюмосиликатные микросферы получаемые гидросепарацией водной суспензии золы в золоотвальном водоеме, имеют размеры 10-400 мкм и насыпной вес 0,3-0,5 г/см3.

В качестве каолина может быть использован один из известных видов вторичных или обогащенных каолинов, содержащий 30,0-45,0 мас.% Аl2O3 .

Поверхностно-активный гидроксид алюминия может быть получен низкотемпературной карбонизацией алюминатных растворов и имеет удельную поверхность 300-500 м2/г.

В качестве одной из марок известного цемента используют портландцементы марки ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100 или любые цементы, применяемые в строительстве.

Легкий тампонажный цемент, применяемый в качестве строительного материала, в том числе для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, имеющий плотность 1,1-1,4 г/см3, состоящий из смеси одной из марок известного цемента и легковесного наполнителя, в качестве легковесного наполнителя содержит полые алюмосиликатные микросферы с влажностью 30,0-65,0 мас.% в количестве 15-85 мас.% от массы смеси.

В качестве одной из марок известного цемента также могут быть использованы портландцементы марки ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100 или любые цементы, применяемые в строительстве.

Летучая зола после сжигания углей на тепловых электростанциях (ТЭС) содержит некоторое количество пустотелых сферических частиц. Как правило, легкая фракция зольных уносов, представляющая собой полые алюмосиликатные микросферы, накапливается в результате гидросепарации в верхнем слое на гидрозолоотвалах - промышленных отходах. Содержание полых микросфер в зольных уносах на различных ТЭС изменяется от десятых долей процента до нескольких процентов. Преобладающими компонентами химического состава полых алюмосиликатных микросфер являются оксиды кремния, алюминия, железа и магния, мас.%: SiО2 - 54,0-64,0; Аl2O3 - 20,0-32,0; Fе2О 3 - 1,5-6,0; MgO - до 3,0. Размер микросфер для различных ТЭС изменяется от 10 до 400 мкм. Толщина стенок изменяется от 2 до 30 мкм. Насыпная объемная масса микросфер в неуплотненном состоянии составляет 0,30-0,50 г/см3. Температура плавления микросфер, содержащихся в легкой фракции золы, превышает 1350°С. Микросферы могут выдерживать давление 10,000 psi при уменьшении объема до 50%.

Полые алюмосиликатные микросферы, используемые в данном изобретении, получают съемом верхнего слоя гидрозолоотвалов с помощью эжекторной насосной установки. Таким образом, основной компонент легковесного наполнителя тампонажных цементов - алюмосиликатные микросферы получают из промышленных отходов, в которых естественным способом произошло отделение микросферы (гидросепарация). Это обстоятельство, главным образом, определяет экономическую эффективность и перспективность применения предлагаемого легковесного тампонажного цемента.

Поскольку полые алюмосиликатный микросферы имеют насыпную объемную массу 0,30-0,50 г/см3 и высокую прочность - 5-6 по Моосу, использование их в качестве основного компонента легковесного наполнителя обеспечивает не только значительное уменьшение плотности тампонажных цементов, но и обеспечивает такое важное свойство, как безусадочность при образовании цементного камня. Содержание в легковесном наполнителе 80,0-95,0 мас.% (предпочтительно 90 мас.%) полых алюмосиликатных микросфер обеспечило уменьшение плотности тампонажных цементов до 1,1 г/см3 при добавлении к портландцементу марки ПЦТ 1-100 легковесного наполнителя в количестве 45,0 мас.%. Следует отметить, что лучшие прочностные показатели легких тампонажных цементов получены при добавлении не рассеянных по размерам микросфер, т.е. всех микросфер, извлекаемых из золоотвальных водоемов. Использование широкого спектра размеров мелких микросфер позволило получить прочную структуру цементного камня с минимальной внутренней пористостью.

Применение в качестве добавки каолина придает пластичность цементам, что определяет их прочность при изгибе. Вторичные и обогащенные каолины, имеющие тонкодисперсную структуру, характеризующиеся постоянством химического и минералогического составов и содержащие 30-45 мас.% Аl2О3, отличаются от первичных низкоглиноземистых каолинов высокой пластичностью. Как показали эксперименты, содержание 3,0-15,0 мас.% (предпочтительно 6,0 мас.%) каолина в легковесном наполнителе позволяет получать образцы цемента, прочность при изгибе которых после двух суток затвердевания составляла более 3,0 МПа. Для получения легковесных тампонажных цементов использовали Просяновский каолин марки КЭ-2, выпускаемый по ГОСТ 21286-82 и ТУ-У21-533-2001, который получают мокрым обогащением на ОАО “Просяновский ГОК”. Химический состав каолина следующий, мас.%: Аl2O3 - 40,1; SiO2 - 47,2; Fе 2О3 - 0,87; TiO2 -0,72; CaO - 0,059; MgO - 0,26; Na2O - менее 0,15; Ка2 О - 0,57. Данный каолин легко доступен и широко применяется при производстве керамических и фарфоровых изделий.

Поверхностно-активный гидроксид алюминия добавляли в легковесный наполнитель в количестве 2,0-5,0 мас.% (предпочтительно 4,0 мас.%) для регулирования времени затвердевания цементного раствора. Поверхностно-активный гидроксид алюминия производят низкотемпературной карбонизацией алюминатных растворов на ОАО “Бокситогорский глинозем”. В данном изобретении использовали поверхностно-активный гидроксид алюминия марки ГД12, выпускаемый по ТУ1711-001-00658716-99. Его химический состав соответствовал формуле Аl(ОН)3, при этом содержание примесей в виде оксидов щелочных металлов и железа составляло не более 0,4-0,6 мас.%. Влажность поверхностно-активного гидроксида алюминия (не считая химически связанных гидроксильных групп) составляла 56,0 мас.% за счет воды, адсорбированной на высокоразвитой поверхности.

Твердение портландцемента связано с реакциями гидратации и новообразованием гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроалюмоферритов, сульфоалюминатов, гидрооксида кальция и кальцита. Формирование цементного камня из портландцемента при относительно невысоких температурах в основном происходит за счет высокоосновных гидросиликатов кальция.

Схватывание цемента происходит в три стадии. Сначала происходит гидратация частичек смеси с образованием гидрооксида кальция, который, выделяясь в аморфном состоянии, склеивает цементные крупинки. Вторая стадия - собственно схватывание цемента. Затем начинается третья - кристаллизация или отвердевание. Частички гидрооксида кальция укрупняются, превращаясь в игольчатые кристаллы, которые как бы прошивают аморфную массу силиката кальция, уплотняя ее.

Из вышеизложенного следует, что гидроксильные группы (анионы) играют ключевую роль при твердении портландцеменгов. Поверхностно-активный гидроксид алюминия отличается не только высокоразвитой удельной поверхностью, которая составляет 300-500 м2/г, но и большой концентрацией свободных радикалов (-ОН) на этой поверхности, которые образовались при разложении алюминатного раствора низкотемпературной карбонизацией. Изменение содержания в легковесном наполнителе поверхностно-активного гидроксида алюминия от 2,0 мас.% до 5,0 мас.% дает возможность изменять время затвердевания цементного камня в зависимости от глубины цементируемой скважины, что позволяет решать проблему надежного крепления ствола скважины в интервалах залегания водо- и нефтеносных слоев.

Экспериментально установлено, что использование в качестве легковесного наполнителя влажных алюмосиликатных микросфер, позволяет не только увеличить эффективность применения легких тампонажных цементов, но и улучшить их физико-химические свойства. При получении алюмосиликатных микросфер съемом верхнего слоя гидрозолоотвалов поверхность микросфер, извлеченных из золоотвального водоема, покрыта тонкой пленкой воды. Влажность такой легкой фракции зольных уносов составляет 30,0-65,0 мас.% в зависимости от крупности микросфер. Как правило, влажные микросферы подвергают сушке и сепарации для получения сухих микросфер с заданными размерами. Однако, как показали испытания, можно успешно применять в качестве легковесного наполнителя цементов влажные микросферы, не подвергая их последующим технологическим операциям. В этом случае отпадает необходимость введения в легковесный наполнитель дополнительных компонентов в качестве отвердителя и пластификатора.

Вода, адсорбированная на стенках микросферы, в значительной степени удерживается на поверхности за счет высокой поверхностной энергии микросферы, радиус которых измеряется в микронах. Избыточная поверхностная энергия микросферы, что является причиной использования микросферы в качестве катализаторов, придает адсорбированной воде ионизированную структуру со свободными радикалами, т.е. химическую активность в процессе гидратации основных минералов цемента. Влажные полые микросферы, содержащие на своей поверхности ионизированную воду и равномерно распределенные в качестве легковесного наполнителя в цементной массе, инициируют процесс кристаллизации игольчатой структуры гидроксида кальция, связывая основную массу силиката кальция, т.е. образуя цементный камень. Поскольку влажные микросферы содержат 30,0-65,0 мас.% влаги, их добавляют к цементу в количестве 15,0-85,0 мас.% (предпочтительно 60,0 мас.% при влажности микросфер 40,0 мас.%) от массы смеси. Следовательно, добавка влажных микросфер позволяет не только без значительных затрат уменьшить плотность портландцементов, но и регулировать скорость схватывания цемента, образуя безусадочную структуру цементного камня.

Для получения легкого тампонажного цемента предварительно приготавливали легковесный наполнитель смешением полых алюмосиликатных микросфер, каолина и поверхностно-активного гидроксида алюминия. Полученный таким образом легковесный наполнитель в количестве 5,0-60,0 мас.% (предпочтительно 40,0 мас.%) либо легковесный наполнитель в виде влажных микросфер смешивали с одной из марок портландцементов, выпускаемых на ОАО “Сухоложскцемент”, ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100, химико-минералогическая характеристика которых приведена в таблице 1. После этого добавляли воду до получения цементного теста с водоцементным отношением (В/Ц) 0,5-1,2 (предпочтительно 0,6). Плотность цементного теста составляла 1,1-1,4 г/см3 (предпочтительно 1,2 г/см3 ). Полученные тампонажные цемента более легкие, чем облегченные цементы, выпускаемые по ГОСТ 1581-96, у которых минимальный норматив по плотности составляет 1,4 г/см3.

Таблица 1

Химико-минералогическая характеристика цементов ОАО “Сухоложскцемент”.
Шифр цемента Содержание, мас.%
п.п.п. SiO 2 Аl 2O3 2О3 CaO MgO SO3 Na2O Ка2О TiO 2
ПЦТ 1-50 0,51 21,00 5,02 4,44 62,68 2,88 2,47 0,47 0,57 0,23
Содержание минералов, мас.%: 3СаО SiO 2 (C3S) - 48,4; Ca 2SiO4(C 2S)-17,7; 3СаО Аl2О 33А)-5,8; 4СаО Аl 2О32О 34АF)-13,5; сумма (С 3А+ C4AF)-19,3; сумма R 2O - 0,84.
ПЦТ 1-100 0,69 20,53 4,76 4,40 61,86 3,38 2,96 0,43 0,70 0,22
Содержание минералов, мас.%: 3СаО SiO2 (C3S) - 49,0; Ca2SiO4(C 2S)-14,1; 3СаО Аl2О 33А)-5,2; 4СаО Аl 2О32О 34АF)-13,5; сумма (С 3А+ C4AF)-18,6; сумма R 2O - 0,89.

Свойства легких тампонажных цементов, полученных в соответствии с предлагаемым изобретением, при различных соотношениях исходных компонентов и свойства легковесного тампонажного цемента, полученного в соответствии с прототипом, приведены в таблице 2.

Сравнение физико-химических свойств различных композиций легких тампонажных цементов проводили по основным характеристикам - растекаемость и плотность цементного теста, прочность и свободное расширение цементного камня. Если первые две характеристики определяют консистенцию закачиваемого цементного теста, то вторые две - механические свойства затвердевшего цемента. Оптимальными с точки зрения эксплуатационных свойств являются цементы с минимальными плотностью и растекаемостью при максимальной прочности цементного камня и его минимальном свободном расширении. Последнее свойство определяет степень сцепления с металлической конструкцией скважины.

Таблица 2

Свойства тампонажных цементов.
№ примера. к-во легко

весн.

наполн. мас.%
состав легковесного наполнителя,

пам/к/пага-мас.%
растекаемость цементного теста,

MM
плотность цементного теста,

г/см3
прочность при изгибе/ сжатии, через 2 сут МПа свободное расширение, через 24 часа, об.%
исходный цемент ПТЦ 1-50; легковесный наполнитель-смесь пам+к+пага
1 5,0 95/3/2 212,0 1,4 2,1/11,0 +0,02
2 60,0 95/3/2 182,0 1,1 0,7/2,6 +0,01
3 40,0 95/3/2 194,0 1,2 1,5/5,7 +0,01
4 40,0 80/15/5 202,0 1,25 1,3/4,8 +0,01
5 40,0 90/6/4 185,0 1,15 1,7/5,2 <+0,01
6 65,0 95/3/2 182,0 1,05 0,7/2,5 +0,01
7 3,0 95/3/2 220,0 1,5 2,2/11,5 +0,02
Исходный цемент ПТЦ 1-100, легковесный наполнитель - смесь пам+к+пга
8 40,0 90/6/4 187,0 1,15 3,2/17,1 < +0,01
исходный цемент ПТЦ 1-50; легковесный наполнитель - влажные микросферы
    Влажность микросфер мас.%        
9 15,0 30,0 215,0 1,4 2,8/4,1 0,02
10 85,0 30,0 185,0 1,1 1,3/3,0 +0,01
11 60,0 30,0 189,0 1,15 2,5/4,7 +0,01
12 60,0 65,0 210,0 1,2 2,3/3,9 +0,01
13 60,0 40,0 187,0 1,15 3,9/4,6 <+0,01
14 12,0 40,0 203,0 1,5 3,0/3,2 +0,02
15 90,0 40,0 189,0 1,05 2,0/2,2 +0,01
исходный цемент ПТЦ 1-100; легковесный наполнитель-влажные микросферы
16 60,0 40,0 185,0 1,15 3,8/18,1 <+0,01
Прототип
17 - - 210,0 1,45 1,3/4,6 +0,01
1) -пам - полые алюмосиликатные микросферы;

к - каолин;

пага - поверхностно-активный гидроксид алюминия

Как видно из данных, приведенных в таблице 2, свойства композиций, полученные в примерах 5 (смесь ПЦТ 1-50 с 40,0 мас.% легковесного наполнителя, содержащего 90,0 мас.% полых алюмосиликатных микросфер, 6,0 мас.% каолина и 4,0 мас.% поверхностно-активного гидроксида алюминия), 8 (то же с ПЦТ 1-100), 13 (смесь ПЦТ 1-50 с 60,0 мас.% легковесного наполнителя, содержащего полые алюмосиликатные микросферы с влажностью 40,0 мас.%) и 16 (то же с ПЦТ 1-100), являются предпочтительными, т.е. эти цементы отличаются минимальной плотностью при максимальных прочностных свойствах, которые превосходят показатели прототипа. Эти легкие тампонажные цементы по всем характеристикам превосходят свойства тампонажного цемента по ближайшему из аналогов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Легкий тампонажный цемент, применяемый в качестве строительного материала, в том числе для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, имеющий плотность 1,1-1,4 г/см3 , состоящий из смеси одной из марок известного цемента и легковесного наполнителя, который добавляют в количестве 5,0-60,0 мас.% от массы смеси, отличающийся тем, что легковесный наполнитель состоит из композиции, содержащей полые алюмосиликатные микросферы, каолин и поверхностно-активный гидроксид алюминия.

2. Легкий тампонажный цемент по п.1, отличающийся тем, что легковесный наполнитель содержит упомянутые компоненты в следующих количествах, мас.%:

полые алюмосиликатные микросферы 80,0-95,0;

каолин 3,0-15,0;

поверхностно-активный гидроксид алюминия 2,0-5,0.

3. Легкий тампонажный цемент по п.1, отличающийся тем, что полые алюмосиликатные микросферы, которые получают гидросепарацией водной суспензии золы в золоотвальном водоеме, имеют размеры 10-400 мкм и насыпной вес 0,3-0,5 г/см3.

4. Легкий тампонажный цемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве каолина используют один из известных видов вторичных или обогащенных каолинов, содержащий 30,0-45,0 мас.% Аl2O3 .

5. Легкий тампонажный цемент по п.1, отличающийся тем, что поверхностно-активный гидроксид алюминия, который получают низкотемпературной карбонизацией алюминатных растворов, имеет удельную поверхность 300-500 м2/г.

6. Легкий тампонажный цемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из марок известного цемента используют портландцементы марки ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100.

7. Легкий тампонажный цемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной из марок известного цемента используют любые цементы, применяемые в строительстве.

8. Легкий тампонажный цемент, применяемый в качестве строительного материала, в том числе для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, имеющий плотность 1,1-1,4 г/см3 , состоящий из смеси одной из марок известного цемента и легковесного наполнителя, отличающийся тем, что в качестве легковесного наполнителя используют полые алюмосиликатные микросферы с влажностью 30,0-65,0 мас.% в количестве 15-85 мас.% от массы смеси.

9. Легкий тампонажный цемент по п.8, отличающийся тем, что в качестве одной из марок известного цемента используют портландцементы марки ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100.

10. Легкий тампонажный цемент по п.8, отличающийся тем, что в качестве одной из марок известного цемента используют любые цементы, применяемые в строительстве.

Версия для печати


вверх