RU2726754C1 - Cementing slurry - Google Patents
Cementing slurry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726754C1 RU2726754C1 RU2019138294A RU2019138294A RU2726754C1 RU 2726754 C1 RU2726754 C1 RU 2726754C1 RU 2019138294 A RU2019138294 A RU 2019138294A RU 2019138294 A RU2019138294 A RU 2019138294A RU 2726754 C1 RU2726754 C1 RU 2726754C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- cementing
- microsilica
- slurry
- grouting
- Prior art date
Links
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims abstract description 20
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 16
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 16
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 15
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920000191 poly(N-vinyl pyrrolidone) Polymers 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000003129 oil well Substances 0.000 abstract description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 22
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 10
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 8
- 239000002585 base Substances 0.000 description 6
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 1
- 229910052599 brucite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011414 polymer cement Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/04—Portland cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
- C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
- E21B33/138—Plastering the borehole wall; Injecting into the formation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства и обслуживания скважин, в частности к тампонажным растворам для цементирования обсадных колонн, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву и обвалам, многолетних мерзлых пород.The invention relates to the field of construction and maintenance of wells, in particular to grouting slurries for cementing casing strings, gas condensate and oil wells, complicated by the presence of weakly bound, prone to hydraulic fracturing and collapses, permafrost.
Известен тампонажный цемент для низкотемпературных скважин «Аркцемент» (Патент РФ №2144977, опубликован 27.01.2000), содержащий мас. %: портландцемент - от 48 до 80, глиноземистый цемент марки «400» - от 20 до 50, хлористая соль щелочного или щелочноземельного металла - от 4 до 6, пластификатор лигносульфонат технический модифицированный - ЛСТМ (С-3, Н-1) - от 0,15 до 0,7.Known oil well cement for low-temperature wells "Arccement" (RF Patent No. 2144977, published 01/27/2000), containing wt. %: Portland cement - from 48 to 80, alumina cement grade "400" - from 20 to 50, chloride salt of an alkali or alkaline earth metal - from 4 to 6, modified technical lignosulfonate plasticizer - LSTM (S-3, N-1) - from 0.15 to 0.7.
Недостатком является низкая растекаемость и, соответственно, низкая прокачивающая способность, что не позволит эффективно использовать его в условиях низких температур, а также пониженная прочность цементного камня.The disadvantage is low spreading and, accordingly, low pumping ability, which will not allow its effective use at low temperatures, as well as reduced strength of the cement stone.
Известен полимерцементный тампонажный раствор для низкотемпературных скважин (Патент РФ №2370515, опубликован 20.10.2009), содержащий портландцемент ПЦТ-50-1-50, понизитель водоотдачи - CFL-117, адгезионную добавку - Конкрепол, расширяющую добавку НРС-1М и воду, при следующем соотношении компонентов мас. %: портландцемент ПТЦ-50-1-50 от 90 до 92, CFL-117 от 0,2 до 0,3, Конкрепол - 1,0, НРС-1М от 8 до 10, вода от 45 до 50.Known polymer cement slurry for low-temperature wells (RF Patent No. 2370515, published 20.10.2009), containing Portland cement PCT-50-1-50, fluid loss reducer - CFL-117, adhesive additive - Concrepol, expanding additive NRS-1M and water, when the following ratio of components wt. %: Portland cement PTC-50-1-50 from 90 to 92, CFL-117 from 0.2 to 0.3, Concrepol - 1.0, NRS-1M from 8 to 10, water from 45 to 50.
Недостатком раствора являются низкие прочностные характеристики цементного камня, ввиду химической реакции между добавляемыми полимерами и портландцементом.The disadvantage of the solution is the low strength characteristics of the cement stone, due to the chemical reaction between the added polymers and Portland cement.
Известен тампонажный раствор (патент РФ №2441897, опубликован 10.02.2012), содержащий цемент, гидроксиэтилцеллюлозу, пластификатор, пеногаситель и дополнительно синтетические волокна диаметром от 0,001 до 0,1 длиной от 1 до 20 мм, расширяющую добавку при следующем соотношении, мас. ч: цемент - 100; гидроксиэтилцеллюлоза от 0,2 до 0,4; пластификатор от 0,1 до 0,5; пеногаситель - 0,2; синтетические волокна от 0,1 до 4; расширяющая добавка от 0,1 до 20; вода от 49 до 51.Known grouting solution (RF patent No. 2441897, published 02/10/2012) containing cement, hydroxyethyl cellulose, plasticizer, defoamer and additionally synthetic fibers with a diameter of 0.001 to 0.1 and a length of 1 to 20 mm, an expanding additive in the following ratio, wt. h: cement - 100; hydroxyethyl cellulose 0.2 to 0.4; plasticizer from 0.1 to 0.5; antifoam - 0.2; synthetic fibers from 0.1 to 4; expanding additive from 0.1 to 20; water from 49 to 51.
Недостатком данного состава является значительная усадка цементного камня при затвердевании, что приводит к ухудшению качества цементирования скважин и их поверхностных слоев.The disadvantage of this composition is the significant shrinkage of the cement stone during hardening, which leads to a deterioration in the quality of cementing wells and their surface layers.
Известен тампонажный раствор для крепления скважин и боковых стволов с горизонтальными участками (Патент РФ №2460754, опубликован 10.09.2012), содержащий мас. %: порошок бруситовый каустический - 43,86-47,36, сернокислый магний - 8,32-13,81, вода - остальное.Known grouting solution for casing wells and sidetracks with horizontal sections (RF Patent No. 2460754, published 09/10/2012), containing wt. %: caustic brucite powder - 43.86-47.36, magnesium sulfate - 8.32-13.81, water - the rest.
К недостатку данного состава можно отнести низкие прочностные характеристики формирующегося цементного камня, а также низкую адгезию тампонажного камня с металлом обсадных труб и горными породами.The disadvantage of this composition can be attributed to the low strength characteristics of the forming cement stone, as well as low adhesion of the plugging stone to the metal of the casing pipes and rocks.
Известен тампонажный раствор (патент РФ №2471846, опубликован 10.01.2013), включающий тампонажный портландцемент, понизитель водоотдачи, пластификатор и структурообразователь, причем в качестве структурообразователя раствор содержит микрокремнезем МК-85 и раствор хлорида кальция, в качестве понизителя водоотдачи - натросол 250 EXR, в качестве пластификатора - окзил-см при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент тампонажный от 58,46 до 60,64; микрокремнезем МК-85 от 1,19 до 1,24; раствор CaCl2 от 32,81 до 34,04; натросол 250 EXR от 2,62 до 2,72; окзил-см от 1,36 до 4,92.Known grouting solution (RF patent No. 2471846, published 01/10/2013), including grouting Portland cement, fluid loss reducer, plasticizer and structurant, and as structurant the solution contains microsilica MK-85 and calcium chloride solution, as fluid loss reducer - natrosol 250 EXR, as a plasticizer - oxil-cm with the following ratio of components, wt. %: Portland oil well cement from 58.46 to 60.64; microsilica MK-85 from 1.19 to 1.24; CaCl2 solution 32.81 to 34.04; Natrosol 250 EXR 2.62 to 2.72; oxil cm from 1.36 to 4.92.
К недостатку данного состава следует отнести низкий уровень агдезии камня с колонной, приводящее к межколонным перетокам и пониженную прочность цементного камня, а также отсутствие необходимого коэффициента расширения тампонажного камня.The disadvantage of this composition is the low level of adhesion of the stone with the column, leading to inter-column crossflows and reduced strength of the cement stone, as well as the lack of the required expansion coefficient of the plugging stone.
Известен облегченный тампонажный раствор (патент РФ №2151271, опубликован 20.06.2000), принятый за прототип, содержащий тампонажный портландцемент, облегчающий материал - алюмосиликатные полые микросферы, расширяющий компонент - карбоалюминатную добавку в смеси с гипсом, воду или 4% водный раствор CaCl2. Тампонажный раствор содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. %: портландцемент тампонажный от 36,47 до 57,34; алюмосиликатные полые микросферы от 6,47 до 17,65; карбоалюминатная добавка от 1,18 до 2,67; гипс от 1,18 до 2,67; вода или 4%-ный раствор хлорида кальция - остальное. Состав имеет плотность от 1240 до 1580 кг/см3, прочность камня на изгиб от 1,0 до 2,8 МПа.Known lightweight grouting solution (RF patent No. 2151271, published 06/20/2000), taken as a prototype, containing backfill Portland cement, lightening material - aluminosilicate hollow microspheres, expanding component - carboaluminate additive mixed with gypsum, water or 4% aqueous solution of CaCl 2 . The grouting solution contains ingredients in the following ratio, wt. %: Portland oil-well cement from 36.47 to 57.34; hollow aluminosilicate microspheres from 6.47 to 17.65; carboaluminate additive from 1.18 to 2.67; gypsum 1.18 to 2.67; water or 4% calcium chloride solution - the rest. The composition has a density from 1240 to 1580 kg / cm3, a bending strength of the stone from 1.0 to 2.8 MPa.
Недостатком данного раствора является гравитационное разделение фаз во время процесса затвердевания, что приводит к неоднородности поверхности, и локальным разрушениям при последующей эксплуатации скважин. Повышение седиментационной устойчивости путем снижения водоцементного отношения (В/Ц) или увеличение содержания микросфер приводит к ухудшению реологических свойств растворов и трещинообразованию в цементном камне по поверхности скважины.The disadvantage of this solution is the gravitational phase separation during the solidification process, which leads to surface heterogeneity, and local destruction during subsequent well operation. An increase in sedimentation stability by reducing the water-cement ratio (W / C) or an increase in the content of microspheres leads to a deterioration in the rheological properties of the solutions and cracking in the cement stone along the surface of the well.
Техническим результатом является повышение прочностных и адгезионных свойств образующегося цементного раствора при одновременном обеспечении прокачиваемости тампонажного состава и достижения оптимальных сроков его твердения при низких скважинных температурах, путем сокращения количества свободной воды в составе за счет введения реагента пластификатора, что в свою очередь повышает физико-механические свойства цементного камня, в том числе в условиях мерзлых пород.The technical result is to increase the strength and adhesive properties of the resulting cement slurry while ensuring the pumpability of the grouting composition and achieving optimal hardening times at low well temperatures, by reducing the amount of free water in the composition due to the introduction of a plasticizer reagent, which in turn increases the physical and mechanical properties cement stone, including in permafrost conditions.
Технический результат достигается тем, что дополнительно содержит пластификатор поли-N-винилпирролидон «Импирон» и микросилику, а в качестве расширяющего компонента используют оксид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved by the fact that it additionally contains a plasticizer poly-N-vinylpyrrolidone "Impiron" and microsilica, and calcium oxide is used as an expanding component, with the following ratio of components, wt. %:
а содержание 4%-ого водного раствора хлорида кальция в тампонажном растворе обеспечивает отношение водной смеси с основой от 0,5 до 0,55.and the content of a 4% aqueous solution of calcium chloride in the cement slurry provides the ratio of the aqueous mixture to the base from 0.5 to 0.55.
Заявляемый тампонажный состав включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие:The claimed grouting composition includes the following reagents and commercial products containing them:
Микросилика от 8 до 12, выпускаемая по ГОСТ Р 56178-2014.Microsilica from 8 to 12, produced in accordance with GOST R 56178-2014.
Оксид кальция от 5 до 8, выпускаемый по ГОСТ 8677-76.Calcium oxide from 5 to 8, produced in accordance with GOST 8677-76.
Поли-N-винилпирролидонот 0,4 до 0,6, выпускаемый по ТУ 9365-005-98540320-2014.Poly-N-vinylpyrrolidone from 0.4 to 0.6, manufactured according to TU 9365-005-98540320-2014.
Тампонажный портландцемент ПТЦ-1-50- остальное, выпускаемый по ГОСТ 1581-96.Backfill Portland cement PTC-1-50 - the rest, produced in accordance with GOST 1581-96.
4%-ого водного раствора хлорида кальция, выпускаемый по ГОСТ ГОСТ 450-77, в тампонажном растворе обеспечивает соотношение водной смеси с основой от 0,5 до 0,55.4% aqueous solution of calcium chloride, produced in accordance with GOST 450-77, in the cement slurry provides the ratio of the aqueous mixture with the base from 0.5 to 0.55.
Выбранный состав тампонажного раствора для крепления скважин в криолитозоне повышает прочность цементного камня, при этом предложенный состав обладает повышенной седиментационной устойчивостью, морозоустойчивостью и необходимой растекаемостью. Предлагаемый состав тампонажного раствора для крепления обсадных колонн в криолитозоне отвечает предъявляемым требованиям к цементному камню, применяемому при креплении скважин в условиях многолетних мерзлых пород.The selected composition of the grouting slurry for cementing wells in the permafrost zone increases the strength of the cement stone, while the proposed composition has increased sedimentation stability, frost resistance and the necessary spreadability. The proposed composition of the grouting slurry for casing strings in the permafrost zone meets the requirements for cement stone used for borehole casing in permafrost conditions.
Основой тампонажного раствора для крепления скважин в криолитозоне является тампонажный портландцементПТЦ-1-50. Как известно, портландцементы схватываются и твердеют с общим уменьшением объема. В строительстве данная проблема решается введением инертных наполнителей и заполнителей, позволяющих цементу твердеть без усадки. В предлагаемом изобретении в качестве расширяющегося тампонажного материала вводят оксид кальция в количестве от 5 до 7 мас. %. Добавка позволяет создавать кристаллизационное давление, которое образуется при кристаллизации труднорастворимыхгидроксидов во время гидратации, что предотвращает деструктивные процессы в формируемом цементном камне. Наиболее оптимальноесодержание оксида кальция в тампонажном растворе (для достижения максимальной прочности раствора) от 5 до 7% мас. При введении оксида кальция менее 5% мас. добавка оказывает незначительное влияние на сроки схватывания и прочность цемента. При введении оксида кальция более 7% мас. значительно снижается прочность камня на изгиб.The basis of the grouting solution for casing wells in the permafrost zone is the PTC-1-50 grouting Portland cement. As you know, Portland cements set and harden with a general decrease in volume. In construction, this problem is solved by the introduction of inert fillers and aggregates that allow cement to harden without shrinkage. In the present invention, calcium oxide is introduced as an expanding plugging material in an amount of 5 to 7 wt. %. The additive allows you to create crystallization pressure, which is formed during the crystallization of poorly soluble hydroxides during hydration, which prevents destructive processes in the formed cement stone. The most optimal content of calcium oxide in the grouting solution (to achieve maximum strength of the solution) is from 5 to 7% wt. With the introduction of calcium oxide less than 5% wt. the additive has a negligible effect on the setting time and strength of the cement. With the introduction of calcium oxide more than 7% wt. bending strength of the stone is significantly reduced.
Микросилика добавляется в качестве концентрата наноструктур, при ее введении увеличивается прочность цементного камня на сжатие и изгиб, его морозостойкость, а также снижается его проницаемость. Использование микросилики в составе тампонажного раствора для крепления скважин в криолитозоне приводит к значительному уплотнению цементного камня и соответственному улучшению его механических свойств. Кроме того, модификация материала микросилики стабилизирует важнейшие валентные взаимодействия Са- Si- Н (образуемые при затворении цементной смеси водой и гадратации клинкерного материала), ответственные за связность бетона, уменьшая вымывание кальция и увеличивая его влагоустойчивость. Добавка в тампонажный состав ультрадисперсного кремнезема оказывает влияние на повышение прочностных свойств цементного камня.Microsilica is added as a concentrate of nanostructures; its introduction increases the compressive and flexural strength of the cement stone, its frost resistance, and also decreases its permeability. The use of microsilica in the composition of the cement slurry for cementing wells in the cryolithozone leads to a significant compaction of the cement stone and a corresponding improvement in its mechanical properties. In addition, the modification of the microsilica material stabilizes the most important valence interactions Ca-Si-H (formed when the cement mixture is mixed with water and the clinker material is hydrated), which are responsible for the cohesion of concrete, reducing calcium leaching and increasing its moisture resistance. The addition of ultrafine silica to the grouting composition affects the increase in the strength properties of the cement stone.
Проведенные эксперименты позволили установить наиболее оптимальное содержание микросилики в тампонажном растворе (для достижения максимальной прочности растворов) от 8 до 12% мас. Тампонажный раствор с добавками микросиликив предложенном диапазоне характеризуется седиментационной устойчивостью, а цементный камень с добавками микросилики в предложенном диапазоне обладает низкой проницаемостью. При добавлении микросилики наблюдается также повышение плотности и снижение пористости цементного камня, что, как следствие, приводит к улучшению его водонепроницаемости и коррозионной стойкости. Добавка микросилики менее 8% мас. недостаточно увеличивает прочность тампонажного раствора. При использовании концентрации микеросилики от 12 до 14% мас. прочность раствора увеличивается незначительно. При повышении содержания микросилики в составе тампонажного раствора более 14% мас. и происходит растрескивания образцов, при этом значительно снижается морозостойкость цементного камня.The experiments made it possible to establish the most optimal content of microsilica in the grouting slurry (to achieve the maximum strength of the solutions) from 8 to 12% wt. Grouting slurry with microsilicon additives in the proposed range is characterized by sedimentation stability, and cement stone with microsilicic additives in the proposed range has low permeability. With the addition of microsilica, an increase in the density and a decrease in the porosity of the cement stone is also observed, which, as a result, leads to an improvement in its waterproofness and corrosion resistance. The addition of microsilica is less than 8% wt. insufficiently increases the strength of the cement slurry. When using a concentration of microsilica from 12 to 14% wt. the strength of the solution increases slightly. With an increase in the content of microsilica in the composition of the cement slurry more than 14% wt. and cracking of the samples occurs, while the frost resistance of the cement stone is significantly reduced.
4%-ый водный раствор хлорида кальция добавляют в качестве ускорителя сроков твердения. Содержание 4%-ого водного раствора хлорида кальция в тампонажном растворе обеспечивает соотношение водной смеси с основой от 0,5 до 0,55. Подобранныйдиапазон соотношения водной смеси с основой позволяет получить тампонажный раствор без оказания отрицательного влияния на прочностные характеристики формирующегося цементного камня, совместно с применением реагента пластификатора. Содержание хлорида кальция также оказывает влияние как ускоритель сроков схватывания тампонажных растворов, с высокой скоростью тепловыделения в начале реакции затворения при минимальном количестве выделяющегося тепла в целом, что необходимо при креплении скважин в низких температурах. Содержание более чем 4% хлорида кальция в тампонажном растворе может вызвать растепление мерзлых пород в процессе своей экзотермической реакции.A 4% aqueous solution of calcium chloride is added as a hardening accelerator. The content of a 4% aqueous solution of calcium chloride in the cement slurry provides the ratio of the aqueous mixture to the base from 0.5 to 0.55. The selected range of the ratio of the aqueous mixture to the base allows you to obtain a cement slurry without adversely affecting the strength characteristics of the forming cement stone, together with the use of a plasticizer reagent. The content of calcium chloride also has an effect as an accelerator of the setting time of grouting slurries, with a high rate of heat release at the beginning of the mixing reaction with a minimum amount of heat released in general, which is necessary when casing wells at low temperatures. The content of more than 4% calcium chloride in the grouting slurry can cause thawing of permafrost during its exothermic reaction.
«Импирон» - воднополимерная система на основе аморфноголинейного полимера поли-N-винилпирролидона, вязкая, прозрачна или слегка опалесцирующая, бесцветная или слабоокрашенная жидкость, производится в соответствии с ТУ 9365-005-98540320-2014 "Импирон", выпускается ООО «ОргполимерсинтезСПБ» (Санкт-Петербург, Россия)."Impiron" is a water-polymer system based on an amorphous-linear polymer of poly-N-vinylpyrrolidone, viscous, transparent or slightly opalescent, colorless or slightly colored liquid, produced in accordance with TU 9365-005-98540320-2014 "Impiron", produced by LLC "Orgpolymersintez SPB" Saint-Petersburg, Russia).
Задачи, выполняемые пластификатором в тампонажном растворе, сводятся к повышению подвижности (растекаемости) раствора и снижению его структурной (пластической) вязкости. Добавка в тампонажный состав аморфного линейного полимера поли-N-винилпирролидонаприводит к стабилизации системы. Улучшаются фильтрационные свойства тампонажного раствора, увеличивается подвижность тампонажного состава. За счет эффективного снижения пористости увеличиваются прочность на сжатие и изгиб и адгезионные свойства тампонажного камня.The tasks performed by the plasticizer in the cement slurry are reduced to increasing the mobility (spreading) of the slurry and reducing its structural (plastic) viscosity. The addition of poly-N-vinylpyrrolidone to the grouting composition of an amorphous linear polymer leads to system stabilization. The filtration properties of the cement slurry improve, the mobility of the cement slurry increases. Due to the effective reduction of porosity, the compressive and flexural strength and adhesive properties of the cement stone are increased.
Тампонажный раствор при граничных значениях оксида кальция от 5 до 8%мас, микросилики от 8 до 12% мас., поли-N-винилпирролидона от 0,4 до 0,6% мас., тампонажного портландцемента ПТЦ-1-50, при соотношение водной смеси с основой от 0,5 до 0,55, за счет добавки 4%-ого водного раствора хлорида кальция, имеет плотность от 1800 до 1820 кг/м3 и характеризуется значительным увеличением прочности формирующегося из него цементного камня.Grouting slurry with boundary values of calcium oxide from 5 to 8% wt., Microsilica from 8 to 12% wt., Poly-N-vinylpyrrolidone from 0.4 to 0.6 wt.%, Grouting Portland cement PTC-1-50, with a ratio an aqueous mixture with a base from 0.5 to 0.55, due to the addition of a 4% aqueous solution of calcium chloride, has a density of 1800 to 1820 kg / m 3 and is characterized by a significant increase in the strength of the cement stone formed from it.
Приготовление тампонажного раствора с повышенными показателями прочности осуществляют следующим образом. Во время приготовления тампонажного раствора оксид кальция и микросилику смешивали с портландцементом ПЦТ-1-50 в сухом виде при различных соотношениях. В качестве жидкости затворения использовалась 4%-ый водный раствор хлорида кальция. Пластификатор добавлялся в готовую суспензию. Затворениет ампонажной суспензии осуществлялось в соответствии с ГОСТ 1581-96. После чего определялось влияние количества вводимой микросилики, оксида кальция и пластификатора на плотность, растекаемость, сроки схватывания тампонажного раствора, прочность и расширение формирующегося из неготампонажного камня. Определение основных свойств тампонажного раствора и камня проводили при температуре (20±2)°С в соответствии с ГОСТ 26798.1-96 «Цементы тампонажные. Методы испытаний».Preparation of cement slurry with increased strength indices is carried out as follows. During the preparation of the grouting solution, calcium oxide and microsilica were mixed with Portland cement PCT-1-50 in dry form at various ratios. A 4% aqueous solution of calcium chloride was used as a mixing liquid. The plasticizer was added to the finished suspension. The mixing of the amponage suspension was carried out in accordance with GOST 1581-96. After that, the influence of the amount of introduced microsilica, calcium oxide and plasticizer on the density, spreadability, setting time of the cement slurry, strength and expansion of the formed from the non-cement stone was determined. The determination of the main properties of the grouting slurry and stone was carried out at a temperature of (20 ± 2) ° С in accordance with GOST 26798.1-96 “Grouting cements. Test methods ".
Способ поясняется следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.
Пример 1. Для приготовления 1 кг тампонажного раствора использовали 866 г (86,6 мас. %:) тампонажного цемента ПТЦ-1-50, затем смешивали с 50 г оксида кальция(5 мас. %), и с80 г микросилики (8 мас. %), после чего сухую смесь добавляли в раствор в раствор 4%-го раствор хлорида кальция в количестве, обеспечивающим соотношение водной смеси с основой равное 0,5. Затем в полученную суспензию добавляли пластификатор «Импирон» в количестве 6 г (0,6 мас. %),Example 1. For the preparation of 1 kg of plugging solution, 866 g (86.6 wt.% :) of plugging cement PTC-1-50 was used, then mixed with 50 g of calcium oxide (5 wt.%), And 80 g of microsilica (8 wt. .%), after which the dry mixture was added to the solution in a solution of 4% calcium chloride solution in an amount providing the ratio of the aqueous mixture to the base equal to 0.5. Then in the resulting suspension was added the plasticizer "Impiron" in the amount of 6 g (0.6 wt.%),
После чего полученный состав перемешивали 3 минуты, затем определяли плотность и растекаемость тампонажного раствора. После чего раствор заливали в формы для определения сроков схватывания. Камень испытывали на прочность через 2, 7 и 14 суток и на расширение через 2, 7 и 14 суток.After that, the resulting composition was mixed for 3 minutes, then the density and spreadability of the cement slurry was determined. Then the solution was poured into molds to determine the setting time. The stone was tested for strength after 2, 7 and 14 days and for expansion after 2, 7 and 14 days.
Примеры 2-8. Приготовление и испытания остальных тампонажных растворов, представленных в табл. 1, аналогичны.Examples 2-8. Preparation and testing of the rest of the grouting solutions presented in table. 1 are similar.
Данные о составе исследованных тампонажных растворов и данные о свойствах тампонажных растворов, затворенных по заявляемой рецептуре, приведены в таблице 1. Как видно из данных таблицы 1, предлагаемые тампонажные растворы характеризуются улучшенными значениями показателей основных технологических свойств, а именно, прочность цементного камня и расширение цементного камня.Data on the composition of the studied grouting slurries and data on the properties of grouting slurries, mixed according to the claimed recipe, are shown in Table 1. As can be seen from the data in Table 1, the proposed grouting slurries are characterized by improved values of indicators of the main technological properties, namely, the strength of the cement stone and the expansion of the cement stone.
Таким образом, как показано в вышеприведенном описании изобретения, достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности образующегося тампонажного раствора при улучшении его эксплуатационных характеристик, повышении активности расширяющего компонента, повышающего адгезионные свойства тампонажного камня при одновременном обеспечении прокачиваемости тампонажного состава и достижения оптимальных сроков его твердения при низких скважинных температурах, путем сокращения количества свободной воды в составе за счет введения реагента пластификатора.Thus, as shown in the above description of the invention, the technical result is achieved, which consists in increasing the strength of the resulting cement slurry while improving its operational characteristics, increasing the activity of the expanding component that increases the adhesive properties of the cement stone while ensuring the pumpability of the cement slurry and achieving optimal hardening times when low downhole temperatures, by reducing the amount of free water in the composition due to the introduction of a plasticizer reagent.
Предложенное техническое решение может быть использовано при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву многолетних мерзлых пород.The proposed technical solution can be used for cementing casing strings of gas, gas condensate and oil wells, complicated by the presence of weakly bound permafrost rocks prone to hydraulic fracturing.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019138294A RU2726754C1 (en) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | Cementing slurry |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019138294A RU2726754C1 (en) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | Cementing slurry |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2726754C1 true RU2726754C1 (en) | 2020-07-15 |
Family
ID=71616871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019138294A RU2726754C1 (en) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | Cementing slurry |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2726754C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796718C1 (en) * | 2022-07-18 | 2023-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "МАС-Сервис ХМ" | Expandable cement composition and method for its application for cementing underground well with casing |
CN116716088A (en) * | 2023-05-24 | 2023-09-08 | 嘉华特种水泥股份有限公司 | A kind of leakage-stopping cement-based cementitious material for well cementing and its preparation method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2151271C1 (en) * | 1999-03-09 | 2000-06-20 | Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий "ТюменНИИГипрогаз" | Light grouting mortar |
RU2451271C1 (en) * | 2008-04-22 | 2012-05-20 | Кхс Гмбх | Method and apparatus for checking air-tightness of containers |
RU2471846C1 (en) * | 2011-07-20 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Grouting mortar |
RU2550359C2 (en) * | 2009-09-02 | 2015-05-10 | БАСФ Констракшн Полимерс ГмбХ | Formulation and using it |
RU2637246C1 (en) * | 2016-10-12 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Nanomodifier of construction materials |
RU2681013C2 (en) * | 2014-01-22 | 2019-03-01 | Констракшн Рисёрч Энд Текнолоджи Гмбх | Additive for hydraulically setting compositions |
-
2019
- 2019-11-26 RU RU2019138294A patent/RU2726754C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2151271C1 (en) * | 1999-03-09 | 2000-06-20 | Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий "ТюменНИИГипрогаз" | Light grouting mortar |
RU2451271C1 (en) * | 2008-04-22 | 2012-05-20 | Кхс Гмбх | Method and apparatus for checking air-tightness of containers |
RU2550359C2 (en) * | 2009-09-02 | 2015-05-10 | БАСФ Констракшн Полимерс ГмбХ | Formulation and using it |
RU2471846C1 (en) * | 2011-07-20 | 2013-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Grouting mortar |
RU2681013C2 (en) * | 2014-01-22 | 2019-03-01 | Констракшн Рисёрч Энд Текнолоджи Гмбх | Additive for hydraulically setting compositions |
RU2637246C1 (en) * | 2016-10-12 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Nanomodifier of construction materials |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796718C1 (en) * | 2022-07-18 | 2023-05-29 | Общество с ограниченной ответственностью "МАС-Сервис ХМ" | Expandable cement composition and method for its application for cementing underground well with casing |
RU2802474C1 (en) * | 2023-03-22 | 2023-08-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование" | Gypsum cement grouting solution |
CN116716088A (en) * | 2023-05-24 | 2023-09-08 | 嘉华特种水泥股份有限公司 | A kind of leakage-stopping cement-based cementitious material for well cementing and its preparation method |
RU2813584C1 (en) * | 2023-06-09 | 2024-02-13 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Porous expanding cement material |
RU2827325C1 (en) * | 2024-04-25 | 2024-09-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" | Grouting mortar for cementing horizontal sections of wells |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8148304B2 (en) | Copolymer based on a sulfonic acid-containing compound | |
RU2337124C1 (en) | Grouting mortar base foundation for well cementing | |
CN104371678A (en) | Expanded flexible well cementing grout and preparation method thereof | |
CN103833294B (en) | The single liquid stabilizing cement based slurries of a kind of km deep level roadway rock reinforce | |
RU2151271C1 (en) | Light grouting mortar | |
RU2458962C1 (en) | Fibre-reinforced plugging material for cementing production intervals subject to perforation during well development | |
RU2385894C1 (en) | METHOD OF PREPARATION OF LIGHT GROUTING MORTAR OF DENSITY 1450-1500 kg/m3 | |
CA2917286C (en) | Methods of cementing and spent cracking catalyst-containing cement compositions | |
RU2726754C1 (en) | Cementing slurry | |
TW200930889A (en) | Tunnel backfilling method | |
RU2151267C1 (en) | Light grouting mortar | |
US12291669B2 (en) | Liquid salt activator and methods of making and using same | |
RU2136843C1 (en) | Grouting mortar | |
CN108585648A (en) | Grouting serous fluid formula and preparation method thereof | |
RU2707837C1 (en) | Grouting mortar | |
RU2599154C1 (en) | Method of repair-insulation works in well (versions) | |
RU2726695C1 (en) | Grouting mixture | |
RU2710943C1 (en) | Dry mixture for preparing expanding grouting mortar | |
RU2530805C1 (en) | Plugging material | |
JP4080416B2 (en) | Ground injection agent and ground injection method | |
RU2196876C2 (en) | Light-weight plugging mortar | |
RU2191251C1 (en) | Grouting mortar (options) | |
RU2807721C1 (en) | Cementing mixture | |
KR20210096193A (en) | Cement slurry, hardened cement and method of making and using same | |
RU2710862C1 (en) | Composition for isolating water influx into well |