RU2244098C1 - Light-weight grouting mortar - Google Patents
Light-weight grouting mortar Download PDFInfo
- Publication number
- RU2244098C1 RU2244098C1 RU2003125923/03A RU2003125923A RU2244098C1 RU 2244098 C1 RU2244098 C1 RU 2244098C1 RU 2003125923/03 A RU2003125923/03 A RU 2003125923/03A RU 2003125923 A RU2003125923 A RU 2003125923A RU 2244098 C1 RU2244098 C1 RU 2244098C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- grouting
- mortar
- light
- gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к тампонажным растворам, используемым при цементировании обсадных колонн газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием слабосвязанных, склонных к гидроразрыву горных пород, а также горных пород с низкой положительной и отрицательной температурой.The invention relates to cement slurries used in cementing casing strings of gas, gas condensate and oil wells, complicated by the presence of loosely coupled, prone to hydraulic fracturing of rocks, as well as rocks with low positive and negative temperatures.
Известен облегченный тампонажный раствор [1], содержащий портландцемент, облегчающую минеральную добавку - гидрофобизированную клиноптилолитоглинистую горную породу при следующем соотношении компонентов в растворе, маc.%:Known lightweight grouting mortar [1], containing Portland cement, facilitating a mineral additive - hydrophobized clinoptilolite clay in the following ratio of components in solution, wt.%:
цемент 30,0-40,0cement 30.0-40.0
гидрофобизированнаяhydrophobized
клиноптилолитоглинистая горная порода 13,0-23,0clinoptilolithoglydic rock 13.0-23.0
вода остальноеwater rest
Недостатками известного раствора является его усадка в процессе твердения, в результате чего ухудшается сцепление цементного камня с обсадными колоннами и низкая для геокриологических условий седиментационная устойчивость.The disadvantages of the known solution is its shrinkage in the hardening process, resulting in deterioration of the adhesion of cement stone with casing and low sedimentation stability for geocryological conditions.
Наиболее близким по составу и назначению является тампонажный раствор пониженной плотности [2], содержащий тампонажный цемент ЦНУБ, облегчающую минеральную добавку - вермикулит.The closest in composition and purpose is cement slurry of low density [2], containing cement slurry TsNUB, facilitating the mineral additive - vermiculite.
Недостаток известного тампонажного раствора заключается в том, что вермикулит является инертным наполнителем, не участвующим в реакциях гидратации цемента, следовательно, не увеличивающим его прочность.A disadvantage of the well-known cement slurry is that vermiculite is an inert filler that does not participate in cement hydration reactions, and therefore does not increase its strength.
Задачей изобретения является улучшение параметров облегченного тампонажного раствора и камня, обеспечивающих качественное цементирование обсадных колонн в интервале многолетнемерзлых пород (ММП), предотвращение межколонных проявлений, подъем цемента до устья скважины.The objective of the invention is to improve the parameters of lightweight grouting mortar and stone, providing high-quality cementing of casing strings in the permafrost interval (MMP), preventing annular manifestations, raising cement to the wellhead.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение седиментационной устойчивости и прочности тампонажного цемента, уменьшение контракции.The technical result of the claimed invention is to increase the sedimentation stability and strength of cement cement, reducing contraction.
Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый облегченный тампонажный раствор включает тампонажный цемент ЦНУБ, облегчающую добавку - цеолитосодержашую горную породу клиноптилолит, активно участвующую в структурообразовании цемента, и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент низкотемпературный ЦНУБ - 60,0-47,0; клиноптилолит - 6,6-11,8; вода - остальное.The essence of the invention lies in the fact that the inventive lightweight cement slurry includes cement slurry TsNUB, facilitating the additive - zeolite-containing rock clinoptilolite, actively involved in the structure formation of cement, and water, in the following ratio, wt.%: Cement low-temperature TsNUB - 60,0- 47.0; clinoptilolite - 6.6-11.8; water is the rest.
Сравнительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый облегченный тампонажный раствор отличается от известного введением новых компонентов, а именно: клиноптилолита при вышеприведенном соотношении компонентов, т.е. заявляемое изобретение отвечает критерию “новизна”.A comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive lightweight cement slurry differs from the known introduction of new components, namely clinoptilolite in the above ratio of components, i.e. The claimed invention meets the criterion of "novelty."
Тампонажный цемент ЦНУБ содержит: тонкоизмельченный безгипсовый портландцементный клинкер (90%), обожженный твердый остаток содового производства (10% от содержания клинкера), пластифицирующая добавка - НТФ (0,1-0,13% от веса сухой смеси), электролит-кальцинированная сода (3,8-5,0% от веса сухой смеси). Выпуск цемента ЦНУБ налажен на Стерлитамакском АО “Сода”.Grouting cement TsNUB contains: finely ground gypsum-free Portland cement clinker (90%), burnt solid residue of soda production (10% of the clinker content), plasticizing additive - NTF (0.1-0.13% of the weight of the dry mixture), electrolyte-soda ash (3.8-5.0% by weight of the dry mixture). Cement production TsNUB established at Sterlitamakskom JSC “Soda”.
По составу цеолиты - это каркасные алюмосиликаты, в частности, клиноптилолит - (Na, K)4 Са Аl6 Si30 O70 24 H2O. Он является природным микропористым каркасным силикатом, в его структуре имеются четыре типа каналов капиллярных размеров. Основные структурные параметры клиноптилолита следующие: эффективный диаметр входных окон 0,43-0,35 нм; объем свободного внутрикристаллического пространства 30-40%. Клиноптилолит залегает мощными пластами на многих месторождениях цеолитозированных туфов (Сокорница, Тедзами, Восточная Сибирь и др.).By composition, zeolites are framework aluminosilicates, in particular clinoptilolite - (Na, K) 4 Ca Al 6 Si 30 O 70 24 H 2 O. It is a natural microporous framework silicate, and there are four types of capillary-sized channels in its structure. The main structural parameters of clinoptilolite are as follows: the effective diameter of the entrance windows is 0.43-0.35 nm; the volume of free intracrystalline space is 30-40%. Clinoptilolite lies in thick strata in many deposits of zeolitized tuffs (Sokornitsa, Tedzami, Eastern Siberia, etc.).
Действие добавки клиноптилолита заключается не только в понижении плотности раствора, но и в уменьшении контракции, упрочнении тампонажного камня.The action of clinoptilolite additive consists not only in lowering the density of the solution, but also in reducing contraction and hardening of cement stone.
Это объясняется тем, что в цеолитах, как правило, часть ионов кремния замещена на алюминий. Такое замещение приводит к появлению избыточного отрицательного заряда, который должен быть нейтрализован дополнительным ионом, расположенным во внутрикристаллических полостях структуры. Кроме того, ионообменные центры могут возникать на поверхности минералов в связи с отклонениями от электронейтральности на границах раздела фаз. Наличие заряда на внешней поверхности способствует взаимодействию частиц клиноптилолита с ионами и ассоциатами золя цементной дисперсии. Физико-химическое состояние коллоидных частиц в цементно-цеолитовом растворе отвечает условиям последующего образования прочных единичных контактов в микроструктуре камня, гидратационный процесс постоянно возобновляется на очищенных от новообразований участках цеолита.This is because in zeolites, as a rule, part of the silicon ions is replaced by aluminum. Such a substitution leads to the appearance of an excess negative charge, which must be neutralized by an additional ion located in the intracrystalline cavities of the structure. In addition, ion-exchange centers can occur on the surface of minerals due to deviations from electroneutrality at the phase boundaries. The presence of a charge on the outer surface facilitates the interaction of clinoptilolite particles with ions and associates of a cement dispersion sol. The physicochemical state of colloidal particles in the cement-zeolite solution meets the conditions for the subsequent formation of strong single contacts in the stone microstructure, the hydration process is constantly resumed on the zeolite sites cleared of neoplasms.
Поскольку тампонажный цемент ЦНУБ представлен в основном оксидом кальция, растворимость которого при пониженных температурах достаточно высокая, то предполагается его взаимодействие с поверхностью частиц клиноптилолита с образованием гидратных соединений. Таким образом, клиноптилолит будет способствовать созданию облегченного тампонажного раствора, формирующего камень с повышенными прочностными и изоляционными свойствами.Since cement slurry of TsNUB is mainly represented by calcium oxide, whose solubility at low temperatures is quite high, its interaction with the surface of clinoptilolite particles with the formation of hydrated compounds is assumed. Thus, clinoptilolite will contribute to the creation of a lightweight cement slurry forming a stone with increased strength and insulation properties.
Большое содержание активного оксида кальция в обожженном твердом остатке содового производства активизирует процесс твердения безгипсового портландцемента, повышает его седиментационную устойчивость и обеспечивает расширяющие свойства цементного камня.The high content of active calcium oxide in the calcined solid residue of soda production activates the hardening process of gypsum-free Portland cement, increases its sedimentation stability and provides the expanding properties of cement stone.
Сравнение с известными тампонажными растворами проводили для составов, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 1881-96 для плотности облегченных тампонажных растворов.Comparison with known grouting solutions was carried out for compositions that meet the requirements of GOST 1881-96 for the density of lightweight grouting mortars.
В представленных экспериментальных данных использовали цемент тампонажный ЦНУБ по СТП-1-39-91 (ПО “Арктикморнефтегазразведка”), цеолит по ТУ 113-12-98-852, воду водопроводную по ГОСТ 2874-82.The experimental data presented used cement grouting TsNUB according to STP-1-39-91 (PO Arktikmorneftegazrazvedka), zeolite according to TU 113-12-98-852, tap water according to GOST 2874-82.
Сравнение с известным раствором производилось по плотности, растекаемости, водоотделению, срокам схватывания тампонажного раствора и прочности формируемого из него камня. Все составы (известные и заявляемые) имеют одинаковые условия твердения, образцы при температуре минус 2°С и атмосферном давлении. Определение основных свойств облегченного тампонажного раствора и камня проводили в соответствии с ГОСТ 267981-96, 267982-96 “Цементы тампонажные”, “Методы испытаний” и методикой, предложенной в работе [3]. Плотность тампонажного раствора определяют ареометром АГ-1, растекаемость - по конусу АзНИИ, сроки схватывания прибором Вика, предел прочности тампонажного камня на изгиб - на испытательной машине МИИ-100, водоотделение - с помощью мерных цилиндров.Comparison with the known mortar was made by density, spreadability, water separation, the setting time of cement slurry and the strength of the stone formed from it. All compositions (known and claimed) have the same hardening conditions, samples at a temperature of minus 2 ° C and atmospheric pressure. The basic properties of lightweight grouting mortar and stone were determined in accordance with GOST 267981-96, 267982-96 “Cement grouting”, “Test methods” and the technique proposed in [3]. The density of the grouting mortar is determined by an AG-1 hydrometer, the spreadability is determined by the cone of the AzNII, the setting time by the Vika device, the tensile strength of the grouting stone by the MII-100 testing machine, and water separation is measured using measuring cylinders.
Для выявления отличительных признаков и технического результата изменяли массовые соотношения ингредиентов в широком интервале значений.To identify the distinguishing features and technical result, the mass ratios of the ingredients were changed in a wide range of values.
Облегченный тампонажный раствор готовят следующим образом. Необходимое количество цеолита смешивают с цементом ЦНУБ, а затем смесь затворяют водой при заданном водоцементном отношении.Lightweight cement slurry is prepared as follows. The required amount of zeolite is mixed with cement TsNUB, and then the mixture is shut with water at a given water-cement ratio.
Пример:Example:
Для приготовления 1 кг облегченного тампонажного раствора (состав №6) необходимо взять 601 г цемента ЦНУБ смешать с 66 г цеолита (клиноптилолита) и затворить 333 г воды.To prepare 1 kg of lightweight cement slurry (composition No. 6), you need to take 601 g of cement TsNUB mix with 66 g of zeolite (clinoptilolite) and mix 333 g of water.
Состав перемешивают 3 минуты, после чего определяют его плотность, растекаемость и водоотделение. Для определения сроков схватывания, предела прочности тампонажного камня на изгиб приготовленный раствор заливают в формы и выдерживают при температуре минус 2°С. Тампонажный камень испытывают на прочность через 2 суток от начала его затворения. Результаты испытаний приведены в таблице.The composition is stirred for 3 minutes, after which its density, spreadability and water separation are determined. To determine the setting time, the ultimate strength of the cement stone for bending, the prepared solution is poured into molds and kept at a temperature of minus 2 ° С. The cement stone is tested for strength after 2 days from the beginning of its mixing. The test results are shown in the table.
Приготовленный состав 6 имеет плотность 1660 кг/м3, растекаемость - 180 мм, начало схватывания через 7 ч 15 мин, конец схватывания - 10 часов, предел прочности камня на изгиб составляет 0,95 МПа, водоотделение - 1,4%. Усадочных деформаций цемента не наблюдалось.Prepared composition 6 has a density of 1660 kg / m 3 , spreadability - 180 mm, setting time after 7 hours and 15 minutes, setting time - 10 hours, the bending strength of the stone is 0.95 MPa, water separation - 1.4%. No shrinkage of cement was observed.
Примеры приготовления и испытания остальных составов, приведенных в таблице, аналогичны вышеописанному.Examples of preparation and testing of the remaining compositions shown in the table are similar to the above.
Для выявления отличительных признаков и положительного эффекта изменяли массовое соотношение ингредиентов в широком интервале значений. Установлено, что составы растворов №6, 10, 14, 15 являются оптимальными.To identify the distinguishing features and the positive effect, the mass ratio of the ingredients was changed in a wide range of values. It was found that the compositions of solutions No. 6, 10, 14, 15 are optimal.
Как видно из таблицы, заявленный тампонажный раствор обладает пониженным водоотделением от 0,0% (состав 14) до 1,4% (состав 6) при плотности 1610-1660 кг/м3. Прочность камня, сформированного из заявляемого цемента, находится в пределах от 0,90 МПа (раствор №15) до 0,97 МПа (раствор №10) при плотности 1510-1640 кг/м3.As can be seen from the table, the claimed cement slurry has a reduced water separation from 0.0% (composition 14) to 1.4% (composition 6) at a density of 1610-1660 kg / m 3 . The strength of the stone formed from the inventive cement is in the range from 0.90 MPa (solution No. 15) to 0.97 MPa (solution No. 10) at a density of 1510-1640 kg / m 3 .
Предлагаемый тампонажный раствор позволяет повысить качество крепления низкотемпературных скважин и предотвратить недоподъем цемента до устья скважин, имеющий место при цементировании известными составами.The proposed cement slurry can improve the quality of fastening of low-temperature wells and prevent under-raising of cement to the wellhead, which occurs during cementing with known compositions.
мм.Spreadability
mm
·(2 сут.)Strength, MPa
· (2 days)
3,1Vermiculite
3,1
Источники информации:Sources of information:
1 А.с. СССР №1099051, кл. Е 21 В 33/138.1 A.S. USSR No. 1099051, class E 21 B 33/138.
2 Овчинников В.П, Фролов А.А., Шатов А.А, Вяхирев В.И., Сорокин В.Ф., Овчинников П.В. Солевые и тампонажные композиции на основе вторичных материальных ресурсов производства соды. - М.: ООО “Недра-Бизнесцентр”, 2000. – 214 с.2 Ovchinnikov V.P., Frolov A.A., Shatov A.A., Vyakhirev V.I., Sorokin V.F., Ovchinnikov P.V. Salt and grouting compositions based on secondary material resources of soda production. - M .: Nedra-Business Center LLC, 2000. - 214 p.
3. Клюсов А.А., Лепнев Э.Н., Никулин В.Я. и др. Особенности испытания тампонажных материалов для низкотемпературных скважин// Обзорная информация. Серия “Бурение газовых и газоконденсатных скважин”. - М.: ВНИИЭГазпром, 1989, №2, 30 с.3. Klyusov A.A., Lepnev E.N., Nikulin V.Ya. and other Features of the test of cementing materials for low-temperature wells // Overview. Series “Drilling gas and gas condensate wells”. - M.: VNIIEGazprom, 1989, No. 2, 30 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003125923/03A RU2244098C1 (en) | 2003-08-22 | 2003-08-22 | Light-weight grouting mortar |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003125923/03A RU2244098C1 (en) | 2003-08-22 | 2003-08-22 | Light-weight grouting mortar |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2244098C1 true RU2244098C1 (en) | 2005-01-10 |
RU2003125923A RU2003125923A (en) | 2005-02-20 |
Family
ID=34881899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003125923/03A RU2244098C1 (en) | 2003-08-22 | 2003-08-22 | Light-weight grouting mortar |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2244098C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110451897A (en) * | 2019-08-01 | 2019-11-15 | 江苏建鸿环保材料科技有限公司 | A kind of grouting material, application and its construction method |
-
2003
- 2003-08-22 RU RU2003125923/03A patent/RU2244098C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ОВЧИННИКОВ В.П. и др. Солевые и тампонажные композиции на основе вторичных материальных ресурсов производства соды. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2000, с. 214. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110451897A (en) * | 2019-08-01 | 2019-11-15 | 江苏建鸿环保材料科技有限公司 | A kind of grouting material, application and its construction method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003125923A (en) | 2005-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6957702B2 (en) | Cement compositions with improved mechanical properties and methods of cementing in a subterranean formation | |
US8347961B2 (en) | Low heat of hydration cement compositions and methods of using same | |
CN108164222A (en) | Cement-based grouting material and grout and mortar | |
RU2360940C1 (en) | Expanding plugging material | |
CN110981369A (en) | High-performance expansive prestressed concrete and preparation method thereof | |
WO2020025504A1 (en) | Binder containing a clay | |
US7810566B2 (en) | Settable compositions free of portland cement and associated methods of use | |
CN112723807B (en) | Seawater-mixed underwater undispersed concrete and preparation method thereof | |
RU2244098C1 (en) | Light-weight grouting mortar | |
FR3092576A1 (en) | New formulation for low carbon building binder, preparation process and building materials | |
CN107285718B (en) | Lime-based micro-shrinkage grouting material composition and preparation method thereof | |
CN104926160A (en) | Preparation method for high-performance cement | |
CN109776009B (en) | Calcination-free composite mineral expanding agent | |
Moropoulou et al. | Traditional technologies in Crete providing mortars with effective mechanical properties | |
RU2256774C2 (en) | Light-weight oil-well cement mix (variants) | |
CN111454036A (en) | Low thermal expansion concrete and admixture | |
RU2196876C2 (en) | Light-weight plugging mortar | |
RU2111340C1 (en) | Grouting material | |
RU2151267C1 (en) | Light grouting mortar | |
RU2301823C2 (en) | Expandable plugging material | |
RU2151271C1 (en) | Light grouting mortar | |
CN106396734A (en) | Damp-proof anti-microbial anti-cracking high-strength light building block or batten used for building | |
RU2320600C2 (en) | Additive for concrete and mortars and method of preparation of such additive | |
RU2472835C1 (en) | Raw mixture for obtaining light-weight grouting mortar | |
RU2101246C1 (en) | Method for producing cement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080823 |