RU2136846C1

RU2136846C1 - Well lining grouting mortar

Info

Publication number: RU2136846C1
Application number: RU98115151A
Authority: RU
Inventors: С.В. Логвиненко; Ю.М. Басарыгин; А.А. Рогов; Г.А. Резчиков
Original assignee: Предприятие "Кубаньгазпром"
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: oil and gas production. SUBSTANCE: mortar contains, weight parts: grouting Portland cement 24.64-52.82, fly ash containing at least 30% of silicon dioxide (active additive) 17.6-47.8, and tempering liquid in amounts providing flowability of grouting mortar at least 18 cm as measured on specified cone. EFFECT: increased early strength of cement stone. 3 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к тампонажным растворам для крепления скважин. The invention relates to the drilling of oil and gas wells, namely, cement slurries for fastening wells.

Известны тампонажные растворы, содержащие портландцемент и золу-унос различных твердых топлив [1]. Well-known grouting solutions containing Portland cement and fly ash of various solid fuels [1].

Однако известные тампонажные растворы, как правило, используют в качестве облегченных тампонажных материалов и их прочностные показатели невысоки. However, well-known grouting solutions, as a rule, are used as lightweight grouting materials and their strength indicators are low.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому тампонажному раствору является тампонажный раствор, содержащий, мас. %: тампонажный портландцемент - 29,2 - 41,96, золу-унос гранулированную с влажностью 10-20% - 27,97 - 43-80 и воду - остальное [2]. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed cement slurry is cement slurry containing, by weight. %: grouting Portland cement - 29.2 - 41.96, fly ash granulated with a moisture content of 10-20% - 27.97 - 43-80 and water - the rest [2].

Недостатками известного тампонажного раствора являются низкая ранняя прочность цементного камня в диапазоне температур 20-140^oC и дополнительные энергетические затраты на измельчение гранулированной золы.The disadvantages of the well-known cement slurry are the low early strength of the cement stone in the temperature range of 20-140 ^o C and additional energy costs for grinding granulated ash.

Задачей настоящего изобретения является повышение ранней прочности цементного камня за счет снижения водосмесевого отношения. The objective of the present invention is to increase the early strength of cement stone by reducing the water-mixing ratio.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известный тампонажный раствор, содержащий тампонажный портландцемент, активную добавку - золу-унос и жидкость затворения, согласно изобретения, содержит активную добавку - золу-унос с содержанием двуокиси кремния не менее 30 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Тампонажный портландцемент - 24,64-52,82
Зола-унос с содержанием двуокиси кремния не менее 30 мас.% - 17,60-47,82
Жидкость затворения - до получения растекаемости тампонажного раствора не менее 18 см по конусу АзНИИ
Причем в качестве жидкости затворения он содержит техническую или пластовую воду.The essence of the present invention lies in the fact that the well-known cement slurry containing grouting Portland cement, the active additive is fly ash and mixing fluid, according to the invention, contains the active additive is fly ash with a silica content of at least 30 wt.%, In the following ratio components, wt.%:
Grouting Portland cement - 24.64-52.82
Fly ash with a silica content of at least 30 wt.% - 17.60-47.82
Mixing fluid - before receiving the spreadability of the cement slurry of at least 18 cm along the cone of the AzNII
Moreover, as a mixing fluid, it contains industrial or produced water.

Кроме того, в качестве жидкости затворения он содержит водный раствор пластификатора и/или регулятора сроков схватывания тампонажного раствора. In addition, as a mixing fluid, it contains an aqueous solution of a plasticizer and / or a regulator of the setting time of cement slurry.

При приготовлении тампонажного раствора для крепления скважин используют золу-унос Новочеркасской ГРЭС (ГОСТ 25-818-91), имеющую следующий химический состав, мас.%:
SiO₂ - 53,20
Al₂O₃ - 16,96
Fe₂O₃ - 0,89
CaO - 2,69
MgO - 0,98
SO₃ - 0,14
Окислы щелочных металлов - 2,97
Прочие - 0,61
Активным компонентом в золе-уносе ГРЭС является двуокись кремния, которая способствует образованию силикатов кальция и алюминия, придает цементу гидравлические свойства, т. е. способность затвердевать и длительное время работать в водной среде. С увеличением содержания двуокиси кремния повышается ранняя прочность цементного камня.In the preparation of grouting mortar for fastening wells, fly ash of Novocherkasskaya State District Power Plant (GOST 25-818-91) is used, having the following chemical composition, wt.%:
SiO ₂ - 53.20
Al ₂ O ₃ - 16.96
Fe ₂ O ₃ - 0.89
CaO - 2.69
MgO - 0.98
SO ₃ - 0.14
Alkali metal oxides - 2.97
Others - 0.61
The active component in the fly ash of GRES is silicon dioxide, which contributes to the formation of calcium and aluminum silicates, gives cement hydraulic properties, i.e., the ability to harden and work for a long time in an aqueous environment. As the silica content increases, the early strength of the cement stone increases.

Зола-унос ГРЭС содержит значительное количество мелкозернистой массы, что придает раствору пластические свойства. Fly ash TPP contains a significant amount of fine-grained mass, which gives the solution plastic properties.

С увеличением в тампонажном растворе содержания золы-уноса ГРЭС подвижность раствора возрастает, что позволяет дополнительно вводить в раствор твердую фазу и готовить тампонажный раствор с пониженным водосмесевым отношением. (см. табл. 1 в конце описания). With an increase in the content of GRES fly ash in grouting mortar, the mobility of the mortar increases, which makes it possible to additionally introduce a solid phase into the grout and prepare grouting mortar with a reduced water-mixture ratio. (see table. 1 at the end of the description).

Тампонажный раствор готовят следующим образом. Cement slurry is prepared as follows.

Тампонажный портландцемент смешивают с золой-уносом в заданном соотношении. Используют эолу-унос с содержанием двуокиси кремния не менее 30 мас. %. Смесь портландцемента с золой-уносом тщательно перемешивают до получения однородной сыпучей смеси и затем затворяют жидкостью затворения. В качестве жидкости затворения используют либо техническую воду, либо пластовую воду, либо водные растворы реагентов: пластификаторов и/или регуляторов сроков схватывания. Grouting Portland cement is mixed with fly ash in a predetermined ratio. Aeol ablation with a silica content of at least 30 wt. % A mixture of Portland cement with fly ash is thoroughly mixed until a homogeneous free-flowing mixture is obtained and then closed with a mixing liquid. Either technical water, or produced water, or aqueous solutions of reagents: plasticizers and / or setting time regulators are used as a mixing liquid.

Полученный раствор перемешивают в течение 3-х минут и определяют растекаемость раствора, его плотность и коэффициент водоотделения. Затем определяют сроки схватывания раствора при температурах 20 и 140^oC. Сроки схватывания раствора при комнатной температуре определяют на игле Вика при атмосферном давлении, а при температуре 140^oC и давлении 30 МПа определяют в автоклаве.The resulting solution is stirred for 3 minutes and determine the spreadability of the solution, its density and coefficient of water separation. Then determine the time of setting of the solution at temperatures of 20 and 140 ^o C. the Terms of setting of the solution at room temperature is determined on a Vick needle at atmospheric pressure, and at a temperature of 140 ^o C and a pressure of 30 MPa is determined in an autoclave.

Оставшуюся часть раствора заливают в стандартные формы, часть образцов оставляют на 24 часа для отверждения в естественных условиях, а часть образцов помещают в автоклав и выдерживают в течение суток при температуре 140^oC и давлении 30 МПа. Затвердевшие образцы испытывают на изгиб и на сжатие.The remainder of the solution is poured into standard forms, part of the samples are left for 24 hours for curing under natural conditions, and part of the samples are placed in an autoclave and incubated for 24 hours at a temperature of 140 ^o C and a pressure of 30 MPa. Hardened samples are tested for bending and compression.

Пример 1. 1056,4 г тампонажного портландцемента смешивают с 352 г золы-уноса Новочеркасской ГРЭС с содержанием двуокиси кремния 53,2 мас.%, тщательно перемешивают до получения однородной сыпучей смеси, которую затворяют 791,6 см³ технической воды. Полученный раствор перемешивают в течение 3 минут. Растекаемость раствора по конусу АзНИИ составляет 20,5 см, плотность - 1,87 г/см³, коэффициент водоотделения - 0, при 20^oC. Раствор заливают в вертикальные формы 20х20х110 мм и оставляют на затвердение при температуре 20^oC и P= 0,1 МПа в течение 24 часов. Оставшуюся часть раствора используют для определения сроков схватывания раствора при температуре 20^oC и давлении 0,1 МПа. Через 24 часа образцы испытывают на изгиб и сжатие.Example 1. 1056.4 g of cement Portland cement is mixed with 352 g of fly ash of Novocherkasskaya TPP with a silica content of 53.2 wt.%, Mixed thoroughly to obtain a homogeneous bulk mixture, which shut 791.6 cm ³ technical water. The resulting solution was stirred for 3 minutes. The spreadability of the solution along the cone of the AzNII is 20.5 cm, the density is 1.87 g / cm ³ , the water separation coefficient is 0, at 20 ^o C. The solution is poured into vertical forms 20x20x110 mm and left to harden at a temperature of 20 ^o C and P = 0.1 MPa for 24 hours. The remainder of the solution is used to determine the setting time of the solution at a temperature of 20 ^o C and a pressure of 0.1 MPa. After 24 hours, the samples are tested for bending and compression.

Результаты испытаний приведены в табл. 2, в конце описания. The test results are given in table. 2, at the end of the description.

Пример 2. Осуществляют по примеру 1 с той разницей, что определение сроков схватывания тампонажного раствора и выдержку образцов для определения прочности цементного камня осуществляют в автоклаве при температуре 140^oC и давлении 30 МПа,
Результаты испытаний приведены в таблице 2.Example 2. Carried out as in example 1 with the difference that the determination of the setting time of the cement slurry and exposure of the samples to determine the strength of the cement stone is carried out in an autoclave at a temperature of 140 ^o C and a pressure of 30 MPa,
The test results are shown in table 2.

Примеры 3-8 осуществляют по примерам 1 и 2 с той разницей, что берут различные соотношения компонентов в тампонажном растворе. Examples 3-8 are carried out according to examples 1 and 2 with the difference that they take different proportions of the components in the grout.

Результаты испытаний приведены в таблице 2. The test results are shown in table 2.

Как следует из результатов испытаний, при содержании в тампонажном растворе тампонажного портландцемента в количестве 24,64-52,82 мас.ч., золы-уноса ГРЭС с содержанием двуокиси кремния более 30 мас.%, в количестве 17,60-47,82 мас.ч и жидкости затворения - до получения растекаемости тампонажного раствора не менее 18 см по конусу АзНИИ, тампонажный раствор характеризуется плотностью 1,860-1,880 г/см³ и повышенной прочностью цементного камня.As follows from the test results, when grouting Portland cement is contained in a grouting mortar in an amount of 24.64-52.82 parts by weight, fly ash of a state district power station with a silica content of more than 30 wt.%, In an amount of 17.60-47.82 wt.h and mixing fluid - until the spreading of the cement slurry is at least 18 cm along the cone of the AzNII, the cement slurry is characterized by a density of 1,860-1,880 g / cm ³ and increased strength of the cement stone.

При введении в тампонажный раствор эолы-уноса с содержанием SiO₂ ≥ 30 мас. %, в количестве менее 17,6 мас.ч. подвижность тампонажного раствора и прочность цементного камня увеличиваются незначительно.When introduced into the cement slurry aeol fly with a content of SiO ₂ ≥ 30 wt. %, in an amount of less than 17.6 parts by weight the mobility of the cement slurry and the strength of the cement stone increase slightly.

При введении в тампонажный раствор золы-уноса с содержанием SiO₂ ≥ 30 мас. %, в количестве более 47,82 мас.ч., прочность цементного камня резко снижается.When introduced into the cement slurry fly ash with a SiO ₂ content _of ≥ 30 wt. %, in an amount of more than 47.82 parts by weight, the strength of the cement stone is sharply reduced.

В тоже время при использовании золы-уноса с содержанием SiO₂ менее 30 мас. % в температурном диапазоне 20-140^oC, наблюдается значительное снижение прочности цементного камня в ранние сроки твердения.At the same time, when using fly ash with a SiO ₂ content _of less than 30 wt. % in the temperature range of 20-140 ^o C, there is a significant decrease in the strength of cement stone in the early stages of hardening.

Параметры тампонажного раствора и прочность цементного камня регулируют с учетом технических возможностей и геолого-технических условий строящихся скважин. Для этого тампонажные растворы обрабатывают пластификаторами и регуляторами сроков схватывания. В табл. 3 (см. в конце описания) приведены составы цементно-зольных тампонажных растворов, содержащих химреагенты. Вышеуказанные химреагенты вводят в жидкость затворения, на которой готовят тампонажный раствор. The parameters of the cement slurry and the strength of the cement stone are regulated taking into account the technical capabilities and geological and technical conditions of the wells under construction. For this, grouting mortars are treated with plasticizers and setting time regulators. In the table. 3 (see the end of the description) shows the compositions of cement-ash grouting solutions containing chemicals. The above chemicals are introduced into the mixing fluid, on which the grouting solution is prepared.

Применение пластификаторов и регуляторов сроков схватывания как раздельно, так и совместно, позволяет регулировать параметры раствора и прочность цементного камня. При этом прокачиваемость раствора улучшается, раствор становится более пластичным и сроки схватывания можно как увеличивать, при использовании замедлителей, так и уменьшать, при использовании ускорителей сроков схватывания тампонажного раствора. The use of plasticizers and setting time regulators, both separately and together, allows you to adjust the parameters of the mortar and the strength of the cement stone. In this case, the pumpability of the mortar improves, the mortar becomes more plastic, and the setting time can be either increased when using retarders or reduced by using accelerators for the setting time of cement slurry.

В таблице 3 представлены составы тампонажных растворов, содержащие пластификатор и/или регулятор сроков схватывания тампонажного раствора, а так же результаты испытаний указанных тампонажных составов. Table 3 presents the compositions of grouting mortars containing a plasticizer and / or a regulator of the setting time of grouting mortar, as well as the test results of these grouting compositions.

Предложенный тампонажный раствор по сравнению с тампонажным раствором прототипом позволяет повысить раннюю прочность цементного камня. The proposed grouting mortar in comparison with the grouting mortar of the prototype allows to increase the early strength of the cement stone.

Источники информации:
1. Бережной А.И. и др. Цементирование скважин цементно-зольными тампонажными растворами" РНТС, Бурение, 1971, N 6 с. 14-16
2. А.С. N 1802089, E 21 B 33/138, 1993 (прототип)сSources of information:
1. Berezhnoy A.I. and others. Cementing of wells with cement-ash cement grout "RNTS, Drilling, 1971, N 6 S. 14-16
2. A.S. N 1802089, E 21 B 33/138, 1993 (prototype) with

Claims

1. Grouting mortar for fixing wells, including grouting Portland cement, the active additive is fly ash and mixing fluid, characterized in that it contains an active additive - fly ash with a silica content of at least 30 wt.% In the following ratio of components, wt .h .:
Grouting Portland cement - 24.64 - 52.82
Fly ash with a silica content of at least 30 wt.% - 17.6 - 47.82
Mixing fluid - Before receiving the spreadability of the cement slurry at least 18 cm along the cone of AzNII
2. The grouting mortar according to claim 1, characterized in that it contains technical or produced water as a mixing fluid.

3. The grouting mortar according to claim 1, characterized in that as the mixing fluid it contains an aqueous solution of a plasticizer and / or a slurry setting agent for the grouting mortar.