CS214490B1 - Cementová tamponážní a injektážní směs - Google Patents

Abstract

Vynález patří do oboru hlubinného vrtání a geotechnickýoh prací. Řeší problém tamponáže hlubinných vrtů, zejména na naftu a zemní plyn, a těsnicí a zpevnovací injektáže zemin. Podstata vynálezu spočívá’v tom, že cementová tamponážní a injektázní směs obsahuje antifiltrační přísadu sestávající z polyvinylalkoholu, alkalického nebo amonného uhličitanu a plastifikačního činidla, které se volí buď ze skupiny solí ligninsulfonovýoh kyselin nebo ze skupiny kondensátů formaldehydu s naftalenkyselinami nebo s alkylsulfonovanými polyfenoly. Vynález může být využit při zeměvrtných hlubinných a důlních pracích a při geotechnickýoh pracích injektážních, zpevňovacích a utěsnovacích.

Description

Vynález ee týká Bměsi používané pro tamponáž hlubinných vrtů a pro těsnící a zpevnovací in,lektáš zemin, připravované na bázi cementů nebo jeho kombinací s minerálními plnidly. Jde o směsi, u nichž dochází k vytvrzení suspenze účinkem hydratačních reakcí mezi cementem nebo jinými hydraulickými pojivý a záměsovou vodou.

Při tamponáži hlubinných vrtů v porézních geologických vrstvách odfiltrovává se kapalná fáze tamponážní směsi do hornin kolem stěny vrtu. Tamponážní směs se tím zahuštuje a stává se obtížně čerpatelnou nebo dokonce vůbec nečerpatelnou. Také při injektáži porézních a puklinovitých vrstev cementovou suspenzí filtruje se kapalná fáze směsi do okolních hornin, kapiláry se ucpávají vrstvičkou směsi odvodněné filtrací a hornina zůstává víceméně nezainjektována. Obdobně je tomu i při zpevňování zemin injektážní směsí. Proto se všude tam, kde vzniká nebezpečí filtrování kapalné fáze do hornin používají tamponážní nebo injektážní směsi se sníženou filtrací, Do cementové tamponážní a injektážní směsi ee přidávají antifiltrační přísady způsobilé zvyšovat stabilitu suspenze zadržováním záměsové vody v suspenzi.

Pro přípravu tamponážních a injektážních směsí se sníženou filtrací (dále jen směsí) používají se jako přísady vodorozpustné polymery nebo vodné disperze hydrofilních organických polymerů. Tyto přísady, jsou-li dávkovány v účinné koncentraci, zahušťují nežádoůcně tamponážní a injektážní směs. čerpání takto připravených směsí klade vysoké nároky na výkon čerpadel. Vysoká koncentrace antifiltračních přísad způsobuje i nežádoucí vedlejší efekty, např. pěnění směsi, snížení její pevnosti, lepkávost.

Je známo, že se do tamponážní a injektážní směsi přidává jako antifiltrační přísada polyvinylalkohol, a to v koncentraci 0,6 - 1,0 % na hmotnost cementu. (Rachimbajev, Chasanov Obrabotka cementnych rastvorov polyvinylovym spirtom i metylcelulozoj, NTS Burenije, VNIIOBNG Moskva 1967). Přídavek polyvinylalkoholu do směsi zvyšuje sedimentační stabilitu směsi, snižuje hydraulický odpor při zatlačování směsi. Směsi s polyvinylalkohol em jeou použitelné podle údajů v literatuře do teplot v rozmezí 20 - 115 °C. (Vološin, Taradym^nko, Bernštejn 0 mechanizme poniženija vodootdači tamponažnovo rastvora polyvinylovym spirtom, Sborník IV. republikové konference, Kijev 1977, str.

137 - 138). Nepříznivé účinky polyvinylalkoholu se projevují v prodloužení doby tuhnutí směsi. Antifiltrační efekt závisí na mineralogickém složení cementu. Provedené zkoušky směsí s běžným portlandským cementem, struskoportlandským cementem a jemně mletým vysokopecním rychlovazným cementem ukázaly, že praktický antifiltrační účinek polyvinylalkoholu je nízký, že zvyšováním jeho koncentrace roste účinek nepatrně, přičemž se zhoršují reologické parametry směsi.

Tyto nedostatky odstraňuje cementová tamponážní a injektážní směs podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že směs,, jejíž složkou je cement nebo směs cementů s jinými pojivý či plnivy, obsahuje přísadu, sestávající z 5 dílů polyvinylalkoholu, 1-25 dílů alkalického nebo amonného uhličitanu a z 1 - 30 dílů plastifikačního činidla, zvoleného ze skupiny solí ligninsulfonových kyselin nebo ze skupiny kondensátů formaldehydu s naftalensulfokyselinami nebo s alkylsulfonovanými polyfenoly. Souhrn všeoh složek je

214 490 ve směsi obsažen v koncentraci 0,3 - 6 % na hmotnost zámšsové vody.

Cementová tamponážní a injektážní směs podle vynálezu má vysoký antifiltraění účinek, zejména ve srovnání se směsí obsahující přídavek samotného polyvinylalkoholu. Tento vysoký účinek je výsledkem kombinovaného synergiokého působení věech složek přísady projevuje se radikálním snížením filtrovatelnosti směsi, a dále zvýšením její disperzity, zlepšením Teologických parametrů, především tekutosti směsi, a kromě toho různými vedlejšími účinky. Zvýšený antifiltraění účinek způsobuje, že tamponážní a injektážní směs může pronikat hlouběji do hornin okolo stěn vrtu. Snížené vnitřní tření směsi se projevuje ekonomickým snížením potřebného výkonu čerpadel. SměB připravená podle vynálezu zaručuje plnou efektivnost do teplot 70 °C, avšak i při teplotách do 110 °C se projevuje zřetelný antifiltraění účinek.

Antifiltraění účinek směsi podle vynálezu byl ověřován v laboratořích u směsí různých typů a byl testován v terénních podmínkách. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v následujících příkladech. Antifiltraění účinek směsí se udává jako její filtrovatelnost a měří se množstvím filtrátu prošlého za 30 minut při normalizovaném zkušebním testu na tlakovém filtrpresu při tlaku 0,7 MPa a dané teplotě, díra nižší je filtrovatelnost, tím nižší je množství filtrátu prošlého přes filtrační přepážku a tím vyšší je antifiltraění účinek. Testy se prováděly podle navrhované technické instrukce ČGÚ a FMPB Kontrolní a zkušební metody tamponážních směsí, který v podstatě odpovídá mezinárodní zkušební metodice API RP 10B.

Příklad 1

Injektážní cementová směs byla připravena mícháním po dobu 5 minut těchto komponent!

rychlovazný cement s průměrnou velikostí zrna 5 - 10 um 1000 g kondenzát formaldehydu s alkylsulfonovanými polyfenoly 3 g soda bezvodá 6 g polyvinylalkohol ve formě l6 % vodného roztoku 50 g (t.j. θ g suchého polyvinylalkoholu) odpěňovao 2-etylhexanol 1 g voda 450 g _3

Měrná hmotnost směsi je 1858 kg.m

Filtrace směsi při 0,7 MPa a 22Í 3 °C činí 23 cm ^/30 minut. Příklad 2

Injektážní směs byla připravena smícháním těchto komponent!

rychlovazný cement s průměrnou velikostí zrna 5 - 10 um 1000 g sodná sůl ligninsulfokyselin 7 g soda bezvodá 6 g polyvinylalkohol ve fomě l6 % vodného roztoku 60 g (t.j. 9,6 g suchého polyvinylalkoholu) silikonový odpěňovač 1 g voda 400 g

21,4 490 v -3

Měrná hmotnoBt směsi je 1938 kg.m

Filtrace směsi při 0,7 MPa a 22 í 3 ®C činí 11 cnP/30 minut. Příklad 3

Tamponážní směs byla připravena z těchto komponent:

portlandský cement třídy 400 1000 g sodná sůl ligninsulfokyselin 4,8 g polyvinylalkohol jako 20 % roztok 36 g (t.j. 7,2 g suchého polyvinylalkoholu) soda bezvodá 3,6 g neionogenní tenzid jako odpěnovač 1,2 g voda 500 g

Směs byla nejprve po dobu 60 s intenzivně míchána při frekvenci otáček 10000 min“'’', pak 29 domíchávána při frekvenci otáček i40 min“\

Měrná hmotnost směsi je 1820 kg.m

Filtrace směsi při 3,5 MPa a 20 í 3 °C činí 15 cm^/3o minut

Příklad 4

Tamponážní směs byla připravena z těchto komponent:

struskoportlandský cement třídy 325 1000 g kondenzát formaldehydu s naftalensulfokyselinami 4 g polyvinylalkohol jako 20 % vodný roztok 30 g (t. j. 6 g suchého polyvinylalkoholu) soda bezvodá 4 g

2-etylhexanol jako odpěnovač 0,5 g voda 500 g

Směs byla 60 a intenzivně míchána při frekvenci míchadla mixeru 8000 min“\

-»3

Měrná hmotnost směsi je 1650 kg.nT^

Filtrovatelnost směsi při 3,5 MPa a 22 í 3 °C činí 82 om^/30 minut.

Příklad 5

Tamponážní směs byla připravena z těchto komponent:

portlandský cement třídy 400 1000 g sodná sůl ligninsulfokyselin 7 g polyvinylalkohol jako 20 % vodný roztok 50 g (t.j. 10 g suchého polyvinylalkoholu) soda bezvodá 5,6 g neionogenní tenzid jako odpěnovač 1 g voda 450 g

Komponenty byly míchány 20 minut na pomaluběžné míchačce při frekvenci míchadla cca 200 min^-1. Směs byla vyhřátá v kovové kádinee opatřené vrtulkovým pomaluběžným míchadlem. Měrná hmotnost* směsi je 1900 kg.m^

Filtrace směsi při 3,5 MPa a 38 °C činí 17,5 cm^/30 minut.

214 490

Příklad 6

Tamponážní směs byla připravena u komponent· portlandský cement třídy 400 1000 g sodná sůl ligninsulfokyselin 7 g polyvinylalkohol jako 20 % vodný roztok 50 g (tj. 10 g bezvodého polyvinylalkoholu) soda bezvodá 5,6 g neionogenní tenzid jako odpěnovač 1 g voda 500 g

Směs byla připravena postupem jako v příkladu 5.

Měrná hmotnost směsi je 1900 kg.m

Filtrace směsi při 7 MPa a 50 °C činí 33 cm^/30 minut. Příklad 7

Tamponážní směs byla připravena z těchto komponent· portlandský cement třídy 400 700 g jemně mletý křemenný písek 300 g sodná sůl ligninsulfokyselin 5 g polyvinylalkohol jako 20 % vodný roztok 35 g (t.j. 7 g suchého polyvinylalkoholu) soda bezvodá 4 g neionogenní tenzid jako odpěnovač 1 g voda 500 g

Směs byla připravena postupem jako v příkladu 5.

Měrná hmotnost směsi je 1800 kg.m .

Filtrace směsi při 3,5 MPa a 22 i 3 °C činí 33 cm^/30 minut.

Příklad 8

Tamponážní směs byla připravena z těchto komponent · struskoportlandský cement třídy 250 1000 g kondenzát formaldehydu s naftelensulfokyselinami 7 g polyvinylalkohol jako l6 % vodný roztok 50 g (t.j. 8 g suchého polyvinylalkoholu) uhličitan draselný bezvodý 6 g voda 450 g

Směs byla připravena postupem jako v příkladu 5.

Měrná hmotnost směsi je 1810 kg.m .

Filtrace směsi při 0,7 MPa a 22 í 3 °ti činí 48 cnP/30 minut.

Filtrace směsi při 0,7 MPa a 40 °C činí 56 cnP/30 minut.

Tamponážní a injektážní cementové směsi podle vynálezu lze připravit ze všech druhů portlandských, struskoportlandských, hlinitanových cementů, vysokopevnostních rychlovazných cementů i ze směsí cementů s jinými pojivý či plnivy jako např. jílocementové smě

214 490 si, směsi vápnostruskové, směsi cementu s polymery a pod. Směs podle vynálezu neomezuje použití dalších přísad jako jsou urychlovače a zpomalovače tuhnutí, plnidla, odpěňovače, povrchově aktivní látky a pod.

Směsi podle vynálezu lze aplikovat u všech typů cementových tamponážních, injektážních, těsnících a zpevnovacích hmot pro vrtné a zemní práce v dolech a j., a to bez zvláštních nároků na úpravu stávajících technických zařízení či podstatnou změnu technologických postupů.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Cementová tamponážní a injektáŽní směs, sestávající z cementu nebo směsi cementů s jinými pojivý či plnivy a ze záměsové vody, vyznačená tím, že obsahuje přísadu, sestávajíoí z 5 dílů polyvinylalkoholu, z 1 - 25 dílů alkalického nebo amonného uhličitanu a z i · I 1-30 dílů plastifikačního činidla, zvoleného ze skupiny solí ligninsulfonovýoh kyselin nebo ze skupiny kondenzátů forraaldehydu s naftalensulfokyselinami nebo s alkylsulfonovanými polyfenoly, přičemž souhrn všech složek přísady tvoří 0,3 až.6 % hmotnosti záměsové vody.