PL77301B2 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 31.07.1975 77301 KI. 80b,3/12 MKP C04b7/36 CZYTELNIA' Urzed u Pate n tr? w ~- ""<*¦ Pilskiij Izeczp;i, e, i Twórcy wynalazku: Wieslaw Kurdowski, Bogumila Kot-Ksiazkiewicz, Kazimierz Stepien, Józef Gumulczynski Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Przemyslu Wiazacych Materialów Budowlanych, Opole (Polska) Sposób wytwarzania cementu wiertniczego i Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia cementu wiertniczego, zwanego takze cemen¬ tem tamponazowym, stosowanego po zarobieniu wo¬ da jako material wiazacy do cementowania otwo¬ rów wiertniczych, czyli do wypelnienia i uszczel- 5 nienia przestrzeni pomiedzy skala, a zewnetrzna powierzchnia rury, wpuszczanej podczas wiercenia do otworu wiertniczego, zwlaszcza przy glebokich wierceniach szybów naftowych, dochodzacych do glebokosci 7000, a nawet 10000m. 10 Specjalne wlasnosci jakim musi odpowiadac ce¬ ment wiertniczy, zwlaszcza do glebokich wiercen naftowych, wynikaja z technologii cementowania otworów, a takze ze szczególnych warunków w ja¬ kich zaczyn cementowy musi dokladnie wypelnic, 15 a nastepnie uszczelnic od zewnatrz otwór wiertni¬ czy. Zaczyn cementowy wpompowuje sie wglab otworu pod cisnieniem kilkunastu atmosfer rura, która wewnatrz musi pozostac pusta. Po wyplynie¬ ciu z rury zaczyn cementowy zapelnia stopniowo 20 od dolu do góry przestrzen pomiedzy skala, a ze¬ wnetrzna powierzchnia rury. Poniewaz cemento¬ wanie otworów wiertniczych prowadzi sie odcinka¬ mi do 1000 m, czas wpompowywania zaczynu do otworu trwa w zaleznosci od glebokosci otworu od 25 kilkunastu minut do 3 godzin, w ciagu których zaczyn musi byc na tyle plynny, aby w warunkach panujacych na glebokosci nawet 10000 m przy tem¬ peraturze 150 do 200°C i cisnieniu nawet 1000 atmosfer, nie pozostawiajac niczego wewnatrz ru- 30 ry, wypelnil jak najdokladniej cala przestrzen po¬ miedzy czasem bardzo popekana skala, a zewnetrz¬ na powierzchnia rury.Po wykonaniu tego zadania, na które przeznacza sie czas maksimum 2 do 4 godzin, zaczyn musi mo¬ zliwie szybko zgestniec i wreszcie zwiazac w czasie kilkunastu minut, przy czym nie moze on przy wiazaniu wykazywac skurczu, poniewaz wypelnie¬ nie przestrzeni nie byloby wówczas dokladne i otwór nie zostalby uszczelniony. Nie wykonanie, albo niewlasciwe wykonanie, zadania przez cement wiertniczy bylo w bardzo wielu przypadkach po¬ wodem zaczopowania otworu, albo pozostawienia na przyklad nafcie niekontrolowanego ujscia szcze¬ lina niewypelniona przez cement, co w obu przy¬ padkach marnuje cala prace przy danym otworze wiertniczym, a czasem nawet jest przyczyna na przyklad pozarów lub zatruc. .." .f Zadania stawiane cementom wiertniczym utrud¬ nia dodatkowo mozliwosc napotkania w otworach wiertniczych agresywnych wód zlozowych.Aby sprostac stawianym zadaniom cement wiert¬ niczy musi odpowiadac nastepujacym warunkom: rozlew zaczynu przy wspólczynniku wodno-cemen- towym 0,5 minimum 190 do 200 mm, poczatek cza¬ su wiazania przy temperaturze 100°C i przy cisnie¬ niu 450 atmosfer 2 do 4 godzin, koniec czasu wia¬ zania liczony od poczatku wiazania minimum 10 do 15 minut, a maksimum 1 godzina, czas gestnienia 77 30177 301 3 4 do osiagniecia lepkosci 50 P 1,5 do 2 godzin, przy czym przyrost lepkosci w czasie musi byc nastepu¬ jacy: od 0 do 5 P okolo 0,12 P/min., od 5 do 20 P nie mniej niz 1 P/min. i nie wiecej niz 5 P/min. oraz wytrzymalosc mechaniczna na sciskanie be- leczek, sporzadzonych z zaczynu cementowego o wspólczynniku wodno-cementowym 0,5 przechowy¬ wanych w temperaturze 100°C i cisnieniu 450 atmo¬ sfer po 24 godzinach 100 kG/cm2 i po 48 godzinach 120 kG/cm2.W celu sprostania wymaganiom stawianym ce¬ mentom wiertniczym obecnie wytwarza sie cement wiertniczy w ten sposób, ze zestawia sie w odpo¬ wiednich proporcjach, zwanych modulem nasycenia MN = 0,90 do 0,96, modulem krzemianowym MK = = 2,0 do 3,0 i modulem glinowym MG = 1,5 do 3,5, surowce zawierajace CaO, Si02, A1203 i Fe203, któ¬ re po zmieleniu na sucho lub na mokro i doklad¬ nym wymieszaniu, wypala sie w piecach przemy¬ slowych, zwlaszcza w piecach obrotowych, w tem¬ peraturze okolo 1450°C, a nastepnie chlodzi i prze¬ miela do powierzchni wlasciwej do 2800 do 3800 cm2/g z dodatkiem okolo 4% gipsu dla uzyskania cementu portlandzkiego marki „350" o skladzie mi¬ neralogicznym C3S = 53 do 63%, C2S = 15 do 23%, C3A = 7 do 15% i C4AF = 7 do 12%, lub marki „400" o skladzie mineralogicznym C3S=58 do 68%, C2S = 15 do 20%, C3A = 7 do 15% i C4AF = 6 do 12%, podczas zarabiania zaczynu, który ma byc wpompowany do otworu wiertniczego, miesza sie cement portlandzki marki „350" lub „400" z rózne¬ go rodzaju opózniaczami wiazania, na przyklad z kwasem winowym, glukoza lub hydroksymetyloce- luloza. Wedlug E. Gorbatego dla cementów wiert¬ niczych korzystna jest raczej wysoka zawartosc szybkoaktywnych mineralów C3S i C3A.Niedostatkiem powodujacym, ze stosowanie zna¬ nych cementów wiertniczych jest polaczone z pew¬ nego rodzaju ryzykiem, jest fakt, ze kazdy dodatek ma wplyw jedynie na jeden z etapów skompliko¬ wanego procesu wiazania cementu w warunkach podwyzszonych temperatur rzedu nawet 200°C i ci¬ snienia nawet 1000 atmosfer, a wiec albo tylko na poczatek czasu wiazania, albo tylko na szybkosc wiazania cementu. Dodawanie zas stosunkowo nie¬ wielkich ilosci domieszek do cementu portlandz¬ kiego, produkowanego w zasadzie z przeznaczeniem uzycia do celów budownictwa, jest polaczone za¬ wsze z ryzykiem niewlasciwego, nierównomierne¬ go rozmieszania dodatku w ogólnej masie cementu, W wyniku czego pewna nawet niewielka partia za¬ czynu cementowego moze nie odpowiadac specjal¬ nym wymaganiom stawianym cementom wiertni¬ czym i nie spelnic postawionego jej zadania, co moze byc powodem zniszczenia otworu wiertnicze¬ go.Celem wynalazku jest wyprodukowanie specjal¬ nego klinkru cementowego, który po zmieleniu na cement — ewentualnie z dodatkiem wlasciwej do¬ mieszki podczas mielenia, co zapewnia bezwzgled¬ na jednorodnosc mieszaniny wychodzacej z mlyna —* bedzie odpowiadal wszystkim wymaganiom, sta¬ wianym materialowi wiazacemu, który ma wypel¬ nic i uszczelnic przestrzen pomiedzy skala, a ze¬ wnetrzna powierzchnia rury, wpuszczanej podczas wiercenia do otworu wiertniczego.Zadanie techniczne wynikajace z postawionego celu wynalazku polega na ustaleniu takich nowych 5 proporcji znanych surowców do produkcji klinkru cementowego, którego stosowanie zapewni otrzy¬ mywanie specjalnego klinkru o skladzie mineralo¬ gicznym zapewniajacym odpowiednie wlasnosci ce¬ mentu wiertniczego.Sposób wedlug wynalazku wytwarzania cementu wiertniczego polega na tym, ze znane surowce, za¬ wierajace CaO, Si02 i niewielka ilosc A1203, nato¬ miast podwyzszona ilosc Fe203 zestawia sie wedlug modulu nasycenia MN = 0,90 do 0,96, modulu krze¬ mianowego MK=1,0 do 2,0 i modulu glinowego MG = 0,64 albo 0,77, miele sie te surowce na mo¬ kro lub na sucho, miesza dokladnie, wypala w pie¬ cach przemyslowych, zwlaszcza w piecach obroto¬ wych, w temperaturze okolo 1450°C, a nastepnie chlodzi dla uzyskania klinkru o skladzie mineralo¬ gicznym C3S 60 do 64%, C2S 10 do 12%, C3A 2 do 4% oraz C4AF 16 do 20%, przy czym jak wykazaly badania stosunek C2S : C3A musi miescic sie w gra¬ nicach od 4,0 do 5,0 dla cementowania otworów o glebokosci do 3000, maksimum 3200 m, a dla otwo¬ rów glebszych od 3000 m dla uzyskania klinkru o skladzie mineralogicznym C3S 64 do 66%, C3A 0%, C4AF 18 do 24% oraz C2F 1 do 2%, przy czym jak wykazaly badania stosunek (C3S+C2F) : C4AF musi miescic sie w granicach 3,0 do 3,4. Nastepnie klin¬ kier miele sie z dodatkiem okolo 4% gipsu do po¬ wierzchni wlasciwej 2400 do 2900 cm2/g, a w przy¬ padku wystepowania w otworze agresywnych wód zlozowych ponadto z dodatkiem 30 do 35% popio¬ lów lotnych z wegla kamiennego zawierajacych w swoim skladzie -chemicznym 45 do 55% Si02 oraz w skladzie granulometrycznym 10 do 15% ziarn o srednicy ponizej 10 \i i wówczas powierzchnia wla¬ sciwa musi osiagnac 3200 do 3800 cm2/g. PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania cementu wiertniczego, pole¬ gajacy na tym, ze surowce zawierajace CaO, Si02, A1203 i Fe203 zestawia sie wedlug modulu nasyce¬ nia Mn = 0,90 do 0,96, miele sie na mokro lub na sucho, miesza dokladnie, wypala w piecach prze¬ myslowych, zwlaszcza w piecach obrotowych, w temperaturze okolo 1450°C, a nastepnie chlodzi i przemiela z dodatkiem okolo 4% gipsu, znamien¬ ny tym, ze stosuje sie surowce majace niewielka ilosc A1203, natomiast podwyzszona ilosc Fe203 i zestawia sie je tak, aby modul krzemianowy wy¬ nosil MK = 1,0 do 2,0, a modul glinowy MG = 0,64, albo 0,77 i aby uzyskany po wypale klinkier mial sklad mineralogiczny C3S 60 do 64%, C2S 10 do 12%, C3A 2 do 4 stosunek C2S : C3A wynosil od 4,0 do 5,0 dla ce¬ mentowania otworów o glebokosci do 3200 m, a dla otworów glebszych od 3200 m, aby klinkier mial C3S 64 do 66%, C3A 0%, C4AF 18 do 24% i C2F 1 do 2%, przy czym stosunek (C3S + C2F) : : C4AF wynosil 3,0 do 3,4, przy czym klinkier prze- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6077 301 3 4 miela sie do powierzchni wlasciwej 2400 do 2900 cm2/g, a w przypadku wystepowania w otworze agresywnych wód zlozowych przy mieleniu klinkru dodaje sie 30 do 35% popiolów lotnych, zawieraja¬ cych 45 do 55% Si02 oraz w skladzie granulome- trycznym 10 do 15% ziarn o srednicy ponizej 10 \i i wówczas przemiela sie az powierzchnia wlasciwa osiagnie 3200 do 3800 cm2/g. PL PL