SU1046481A1 - Expanding cement for cementing wells - Google Patents

Abstract

РАСШИРЯРЦИЙСЯ ЦЕМЕНТ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающий в жущее, наполнитель и расшир ющую добавку, отлич аюциАс  тем, что, с целью повышени  надежности герметизации заколонного про .странства путем придани  цементному камню равномерного расширени  по всему зацементированному интервалу ствола скважиШй в интервале . температур 22-200 с, в качестве расшир нхцей добавки он содержит пылеунос вращающихс  печей обжига магнеГзита при следующем отношении компонентов . мае. ч.: В жущее50-95 На полнитель 5-50 Л ; Пылеунос , (Л вращанхцихс  печей обжига с магнезита 10-30RASSHIRYARTSIYSYA CEMENT FOR CEMENTING WELLS comprising cement is, filler and additive guide expands, the difference ayutsiAs in that, in order to increase the reliability of sealing the annulus about .stranstva by imparting cement stone uniform expansion throughout the cemented interval ranging skvazhiShy barrel. temperatures of 22–200 s, as an extension of the additive, it contains the dust removal of rotary magnetite roasting furnaces with the following component ratio. May including: 505095 A filler of 5-50 L; Pyleunos, (L rotate of roasting ovens with magnesite 10-30

Description

4 Од 4 ОО4 od 4 GS

Изобретение относитс  к глубоко му бурению, в частности к составам дл  цементировани  скважин, повышающим герметичность заколонного пространства , и может использоватьс  в нефт ной и газовой промьшшенности , геологическойразведке, при добыче геотермальной энергии, подземной газификации твердых топлив, гидроизол ционных работах и в шахтном строительстве. The invention relates to deep drilling, in particular, compositions for cementing wells that increase the tightness of the annular space, and can be used in the oil and gas industry, geological exploration, in geothermal energy extraction, underground gasification of solid fuels, waterproofing works and in mine construction.

Известны расшир ющиес  цементы дл  цементировани  буровых скважин с добавками магнезита и доломита, обожженных при 900-11РО°С (продуктом обжига  вл ютс  оксиды магни  и кальци  ClJ. Expandable cements for cementing boreholes with magnesite and dolomite additives calcined at 900-11RO ° C (calcined magnesium and calcium ClJ oxides are known) are known.

Такой расшир ющийс  цемент рекомендуетс  примен ть в. скважина-х на забое при 20 - 75°С. При более высоких температурах расширение незначительно .This expanding cement is recommended. well-x on the bottom at 20 - 75 ° C. At higher temperatures, the expansion is negligible.

Известен расшир ющийс  цемент, содержащий оксид магни , обожженный при 1200-1300 С, .который рекомендуетс  примен ть в интервале температур 120-180 С. Такой оксид магни  в количестве до 36% содержитс  в хроматном шламе - отходе преработки хромовой руды. Применение хроматного шлама в качестве расшир ющейс  добавки позвол ет .пблучить расшир ющием  цементы дл  цементировани  скважин в указанном выше интервале температур 2.Known expanding cement containing magnesium oxide, calcined at 1200-1300 ° C, which is recommended to be used in the temperature range of 120-180 ° C. Such magnesium oxide in the amount of up to 36% is contained in chromate sludge - waste from the processing of chrome ore. The use of chromate sludge as an expanding additive allows the formation of expanding cements for cementing wells in the above temperature range 2.

Определенна  температура обжига оксида магни  предопредел ет ограниченный температурный интервал эффективного расширени  цемента дл  цементировани  буровых скважин. Однако в температурном интервале 75 и выше (180°С) ни один из указанных расшир ющихс  цементов не даст равномерного расширени  по стволу скважины.The determined calcining temperature of magnesium oxide predetermines a limited temperature range for the effective expansion of cement for cementing boreholes. However, in the temperature range of 75 and higher (180 ° C), none of these expandable cements will give uniform expansion along the wellbore.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  расшир ющийс  цемент дл  цементировани  скважин, содержащий в сврем составе портландцементный клинкер - в жущее вещество, гипс и бентонитовую глину - наполнитель 7 10 вес. % обожженного магнезита расшир ющей добавки з .The closest in technical essence to the invention is an expanding cement for cementing wells, containing portland cement clinker in its composition - a hardening substance, gypsum and bentonite clay - a filler of 7-10 weight. % Calcined Magnesite Expansion Additive h.

Температура обжига магнезита (оксида магни  )не оговариваетс , так как в каждом конкретном случае температура обжига выбираетс  наиболее соответствующей температуре цементировани  конкретной скважины Однако при закреплении обсадных колонн в скважине цементируетс  интервал ствола большой длины, и в данном интервале температура непрерывно и плавно измен етс  от минимального до максимального значе ни .The magnesite (magnesium oxide) calcination temperature is not specified, since in each particular case the calcination temperature is chosen most appropriate to the cementing temperature of the particular well. However, when the casing is fixed in the well, the interval of a large length is cemented, and in this interval the temperature continuously and smoothly changes from the minimum to the maximum value.

Таким образом, добавка оксида магни , обожженного при определеннThus, the addition of magnesium oxide, calcined at a certain

температуре, наилучшим образом соответствует только части интервалг. цементировани . Если температура обжига выбираетс  в соответствии с нижней ча-стью ствола скважины, то в вышележащих интервалах -наблюдаетс  замедленное расширение, а в верхних - недопустимо замедленное. В результате неравномерного расширени  произойдет растрескивание цеQ ментного камн .temperature, the best way is only part of the interval. cementing. If the firing temperature is selected in accordance with the lower part of the wellbore, then in the overlying intervals, a slow expansion is observed, and in the upper intervals - unacceptably slow. As a result of uneven expansion, the cement stone will crack.

Если температура обжига, выбираетс  в соответствии с температурой верхней части ствола скважины, то гидратаци  оксида магни  в нижней части ствола скважины с более высокой температурой произойдет слишком быстро, до затвердевани  цементного камн , не вызвав его расширени  или вызвав очень незначительное расширение. В результате не0 равномерного расширени  по стволу скважины Hfe будет осуществлена надежна  герметизаци  заколонного пространства .If the firing temperature is chosen according to the temperature of the upper wellbore, then hydration of the magnesium oxide in the lower part of the higher temperature wellbore will occur too quickly, before the cement stone hardens, without causing its expansion or very little expansion. As a result of the non-uniform expansion along the wellbore Hfe, the annular space will be reliably sealed.

Цель изобретени  - повышениеThe purpose of the invention is to increase

5 надежности герметизации заколонного пространству путем равномерного расширени  по всему зацементированному интервалу ствола сква)8:ины в интервале температур 22 - 200с.5 of sealing reliability of the annular space by uniform expansion over the entire cemented interval of the borehole borehole 8): in the temperature range 22 - 200 s.

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что расшир ющийс  цемент дл  цементировани  скважин, включагаций в жущее, наполнитель и расшир ющую добавку, в качестве последней со-5 держит пыл:еунос вращающихс  печей обжига магнезита при следующем отношений компонентов, мае.ч.:0 The goal has been achieved by expanding cement for cementing wells, including tamping, filler and expanding additive, as the last co-5 holds the dust: rotary kiln magnesite kilns in the following component ratio, mas:

50-95 50-95

В жуш.ее 5-50 Наполнитель ПылеуносIn the dry. 5-50 Filler Pyleunos

вращак дихс  печей обжи10-30 га магнезитаRotary dihs kilns of 10-30 hectares of magnesite

Пылеунос вращанхдихс  печей обжига магнезита содержит 10-20% магнезита , вынесенного из участков по. длине печи, в которых еще.не произошло разложение карбонатов и 75-85%Pyleunos rotate of magnesite roasting furnaces contains 10-20% of magnesite removed from the sections according to. the length of the furnace, in which more. there was no decomposition of carbonates and 75-85%

оксидов магни , вынесенных из различных участков по длине вращающейс  печи.magnesium oxides taken from different sites along the length of the rotary kiln.

Температура обжигаемого материала по длине вращающейс  печи возрастает плавно и непрерывно доThe temperature of the calcined material along the length of the rotary kiln increases smoothly and continuously to

1600°С. Вследствие этого в пылеуносе содержатс  частицы оксида магни , обожженные при всех температурах , наблюдающихс  по длине вращающейс  печи. Каждому бесконечно малому температурному интервалу соответствует бесконечно мала  дол  обожженного при данной температуре материала .1600 ° C. As a consequence, magnesia particles are burned in the pulverizer, calcined at all temperatures observed along the length of the rotary kiln. Each infinitely small temperature range corresponds to an infinitely small proportion of the material calcined at a given temperature.

В табл. 1 показано содержаниеIn tab. 1 shows the content

обожженного оксида магни  в cjibuie уносе в зависимости от -температур ного интервала. Таблица . При цементировании скважины до усть  в верхнем интервале при невысоких температурах расширение обеспечиваетс  слабообожженным ок ( Лзидом магни  из близких к холодному концу участков вращакицейс  печи. Если скважина достаточно больш глубины: имеет интервалы с более вы сокой температурой, то в этих интервалах слабообожженный оксид ма ни  гидратируетс  слишком быстро, не вызыва  расширени . Но в этих интервалах расширение вызываетс  оксидом магни , обожженным при бо лее высокой температуре. Таким образом, в каждом бескон но малом температурном .интервале по стволу скважины в цементном кам не оказываетс  некоторое количест оксида магни  обожженного при наиболее благопри тной дл  .данных условий температуре. Присутствие оксида магни , обожженного при различной температуре, способствует равномерному расширению, во времени. Расшир ющийс  цемент получают смешением ,или совместным помолом в жущего вещества, наполнител  и расшир .юще и добавки.. В табл. 2 показаны свойства расшир ющегос  состава цемента при различной температуре твердени  в автоклаве,. В примерах 10 и 1.1 рас- . шир юща  доба&ка дана в количестве, выход щем, за пределы оптимальных значений. Как следует из табл. 2, при содержании расшир ющей добавки менее 1,0 мае. ч. не .обеспечиваетс  необходима  дл  герметизации скважины величина расширениз; при .cofдержании добавки более 30 мае.ч. возможно нарушение сплошности цементного камн-  из-за слишком большого расширени . Как следует из табл. 3, при введении в качестве расшир квдейс добавки , каустического магнезиального порошка, температура обжига которого , расширение цемента при 75°С и 180°С недостаточно, а при использовании в качестве расшир ющей добавки металлургического магнезитового порошка с температурой . обжига 1600°С при температуре в скважине 22°С и 75°С происходит чрезмерно большое расширение в поздние сроки, вызывающее снижение прочности цембНтного камн .calcined magnesium oxide in cjibuie entrainment as a function of the temperature interval. Table When cementing the well to the mouth in the upper interval at low temperatures, the expansion is provided by slightly calcined ca (magnesium magnet from near the cold end of the rotary kiln sections. If the well is sufficiently large depth: it has intervals with a higher temperature, then the weakly calcined oxide of hydronum is hydrated too fast without causing expansion. But in these intervals the expansion is caused by magnesium oxide burned at a higher temperature. Thus, at every infinitely slow pace There is no amount of magnesium oxide calcined at the most favorable temperature for these conditions in the cement chambers along the wellbore in the cement chambers. The presence of magnesium oxide calcined at different temperatures promotes uniform expansion in time. The expanding cement is obtained by mixing or joint milling in the substance, filler and expansion agent and additives .. Table 2 shows the properties of the expanding composition of cement at various temperatures of hardening in the autoclave ,. In examples 10 and 1.1 rass. a wider range of & dan in a quantity that goes beyond the limits of optimal values. As follows from the table. 2, when the content of the expansion additive is less than 1.0 May. h. it is not necessary to provide the expansion value necessary for sealing the well; with .c of the maintenance of additives more than 30 ma.ch. possibly disruption of cement stone integrity due to too large expansion. As follows from the table. 3, with the addition of an additive, caustic magnesia powder, the calcination temperature of which, the expansion of cement at 75 ° C and 180 ° C is insufficient, and when using metallurgical magnesite powder with temperature as an expanding agent. firing at 1600 ° C at a temperature in the well of 22 ° C and 75 ° C, an excessively large expansion occurs in the later periods, causing a decrease in the strength of the cement stone.

(Я(I

а.but.

SS

Б: оB: o

rtНrtH

шю ш о о о о о оо о shu sh o o o o o o oo o

ю 1Л от оооо о о о оy 1L from ooo oh oh oh oh

О%С 9 ОЧ Ч Г11Л1ЛЮ 1Л1ЛO% C 9 POCH G11L1LYu 1L1L

tH s fi in. е r оо a о -( t-i.r-i чЧ1л 1Л ininintH s fi in. e r oo a o - (t-i.r-i hh1l 1L ininin

тН тЧmn PM

(в а S ю (в н(in a s y (in n

(1 S ю с;(1 S s;

U X П (-1U X P (-1

IIаIIa

(DO)0)и(DO) 0) and

чS«XсhS "Xc

Н0)3XSH0) 3XS

ааXSUaaXSU

очнчochch

сXXii:ScXXii: S

Г ОG o

о , about ,

NN

оabout

ооoo

гд 00GD 00

«л"L

со гwith g

а but

«ч гм"H um

ЧH

соwith

NN

гм um

00

«Л"L

оabout

«I"I

гоgo

II

I мI m

I:I:

II

лl

1Л1L

оabout

оabout

о mabout m

«sп"Sp

пP

II

I мI m

г1r1

ооoo

о соabout with

гм гмum um

1Л1L

1 one

тЧPM

1Л1L

1Л1L

гмum

гмum

«о"about

гмum

Предлагаемый расшир н дийс  цемент содержит в своем составе в качестве расшир ющей добавки отход производства - дешевый недефицитный продукт, который универсален по виду в жущего материала (в сочетании с данной добавкой могут примен тьс  любые из известных тампонажных в щующих материалов ). Достаточно равномерное по стволу скважины расширение обеспечиваетс  в широком интервале температур 20-200с. Расшир к ца с  добавка вThe proposed expansion cement contains in its composition as an expansion additive a production waste — a cheap, non-deficient product that is universal in appearance with a treadmill material (any of the known cementing materials used in grinding materials can be used in combination with this additive). Rather uniform expansion over the wellbore is provided in a wide temperature range of 20-200s. Expand to ca with additive in

виде пылеуноса вращающихс  печей обжига магнезита не вли ет на другие технологические свойства там- , понажного раствора и цементного камн .The form of dusting of rotary kilns of magnesite does not affect other technological properties of the mortar, the mortar and cement stone.

Утилизиру  отходы - пылеунос, 13обретение способствует решению проблем по охране окружающей среды, Изобретение позвол ет улучшить герме .тизацию заколонного пространства, что также..улучшает естественную среду, окружающую человека, так как предотвращает газопро влени .Recycling waste - dust removal, 13th invention contributes to solving environmental problems. The invention improves hermetic utilization of the annular space, which also ... improves the natural environment surrounding a person, as it prevents gas circulation.

Claims (1)

(54 ) (57 ) РАСШИРЯРЦИЙСЯ ЦЕМЕНТ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающий вяжущее, наполнитель и расширяющую добавку, отлич а ю ад и Я с. я тем, что, с целью повышения надежности герметизации заколонного про странства путем придания цементному камню равномерного расширения по всему зацементированному интер валу ствола скважины в интервале . температур 22-200°С, в качестве расширяющей добавки он содержит пылеунос вращающихся печей обжига магне’зита при' следующем отношении компонентов , мае. ч.: Вяжущее Наполнитель Пылеунос . вращающихся печей обжига магнезита(54) (57) EXTENDED CEMENT FOR CEMENTING WELLS, including an astringent, filler, and expanding additive, different hell and I p. I mean that, in order to increase the reliability of annular space sealing by giving the cement stone uniform expansion over the entire cemented interval of the borehole in the interval. temperatures of 22-200 ° C, as an expanding additive, it contains dust extractor from rotary kilns of Magnesite in the next component ratio, May. h.: Astringent Filler Pyleunos. magnesite rotary kilns