RU2472835C1

RU2472835C1 - Raw mixture for obtaining light-weight grouting mortar

Info

Publication number: RU2472835C1
Application number: RU2011126957/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Орешкин; Константин Владимирович Беляев; Вячеслав Сергеевич Семенов; Ульяна Евгеньевна Кретова; Юлия Викторовна Макаренкова
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2013-01-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: raw mixture for obtaining light-weight grouting mortar, which contains plugging Portland cement, modifying additive, light-weight filler and liquid for pre-mixing, also contains Murapor Combi 756 complex additive with long life as modifying additive, and hollow ceramic microspheres as filler at the following component ratio, wt %: plugging Portland cement - 38…53.5, hollow ceramic microspheres - 10.7…22.8, Murapor Combi 756 complex additive - 0.114…0.16, liquid for pre-mixing - water or 2-8% of solution of sodium chloride or calcium chloride - the rest.

EFFECT: improving the sealing efficiency of after-tube and inter-tube space of oil-gas wells with simultaneous protection of perennial frozen rocks against thawing.

3 tbl

Description

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, в частности к составам облегченных тампонажных растворов, предназначенных для крепления обсадных колонн в условиях нормальных и аномально-низких пластовых давлений, а также в интервалах с преобладанием многолетних мерзлых пород.The invention relates to the field of construction of oil and gas wells, in particular to compositions of lightweight cement slurries intended for fastening casing strings in conditions of normal and abnormally low formation pressures, as well as in intervals with a predominance of permafrost.

Изобретение направлено на решение задачи по эффективной герметизации затрубного и межтрубного пространства нефтегазовых скважин при креплении с одновременной защитой многолетних мерзлых пород от растепления в процессе эксплуатации скважин.The invention is aimed at solving the problem of effectively sealing the annular and annular space of oil and gas wells during fastening while protecting perennial frozen rocks from thawing during the operation of the wells.

Известен тампонажный раствор, включающий портландцемент тампонажный, алюмосиликатные полые микросферы и 4%-ный раствор хлорида кальция, дополнительно содержащий понизитель водоотдачи - комплексный реагент ПС при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: портландцемент тампонажный 52,96-53,09, алюмосиликатные полые микросферы 9,34-9,37, комплексный реагент ПС 0,06-0,31 и 4%-ный раствор хлорида кальция 37,38-37,48. Технический результат - разработка облегченного тампонажного раствора плотностью 1,46 г/см³ с водоотдачей через глинистую корку 20-30 см³ за 30 минут (патент RU 2196876 C2, МПК E21B 33/138) - прототип.A well-known grouting solution, including Portland cement grouting, aluminosilicate hollow microspheres and a 4% solution of calcium chloride, additionally containing a fluid loss reducer is a complex reagent PS in the following ratio of ingredients, wt.%: Portland cement grouting 52.96-53.09, aluminosilicate hollow microspheres 9.34-9.37, complex reagent PS 0.06-0.31 and 4% solution of calcium chloride 37.38-37.48. EFFECT: development of a lightweight cement slurry with a density of 1.46 g / cm ³ with a water loss through clay cake of 20-30 cm ³ in 30 minutes (patent RU 2196876 C2, IPC E21B 33/138) - prototype.

Ближайшим аналогом является разработка в патенте RU 2272125 C1 (МПК E21B 33/138). Предложен облегченный тампонажный раствор, содержащий, мас.%: портландцемент тампонажный 48,46-60,00, алюмосиликатные полые микросферы 6,66-12,11, праестол марки 611 ВС 0,01-0,07, раствор хлорида кальция плотностью 1,03 г/см³ или растворы хлоридов кальция и натрия плотностью 1,03 г/см³ 33,33-41,15. Недостатком указанного аналога является повышенная плотность раствора (1200…1400 кг/м³), и, как следствие, высокая теплопроводность камня, не обеспечивающая теплозащиты мерзлых пород вокруг скважины.The closest analogue is the development in patent RU 2272125 C1 (IPC E21B 33/138). A lightweight grouting mortar is proposed, containing, wt.%: Portland cement grouting 48.46-60.00, aluminosilicate hollow microspheres 6.66-12.11, praestol grade 611 BC 0.01-0.07, calcium chloride solution with a density of 1, 03 g / cm ³ or solutions of calcium and sodium chlorides with a density of 1.03 g / cm ³ 33.33-41.15. The disadvantage of this analogue is the increased density of the solution (1200 ... 1400 kg / m ³ ), and, as a result, the high thermal conductivity of the stone, which does not provide thermal protection of frozen rocks around the well.

В описанных тампонажных растворах содержится до 12,5 мас.% керамических (алюмосиликатных) микросфер, что не позволяет достичь требуемых низких значений теплопроводности влажного тампонажного материала после затвердевания для возможности его использования в качестве теплозащиты многолетних мерзлых пород от растепления при эксплуатации скважины.The grouting solutions described contain up to 12.5 wt.% Of ceramic (aluminosilicate) microspheres, which does not allow achieving the required low thermal conductivity of wet grouting material after solidification for its use as thermal protection of permafrost from thawing during well operation.

Известен также легкий тампонажный цемент (патент RU 2256774 C2, МПК E21B 33/138), применяемый в качестве строительного материала, в том числе для цементирования нефтяных, газовых и геотермальных скважин, имеющий плотность 1,1-1,4 г/см³, состоящий из смеси одной из марок известного цемента и легковесного наполнителя, который добавляют в количестве 5,0-60,0 мас.% от массы смеси и который состоит из композиции, содержащей полые алюмосиликатные микросферы, каолин и поверхностно-активный гидроксид алюминия. Легковесный наполнитель содержит упомянутые компоненты в следующих количествах, мас.%: полые алюмосиликатные микросферы - 80,0-95,0, каолин - 3,0-15,0, поверхностно-активный гидроксид алюминия - 2,0-5,0. В качестве каолина может быть использован один из известных видов вторичных или обогащенных каолинов, содержащий 30,0-45,0 мас.% Al₂O₃. Поверхностно-активный гидроксид алюминия может быть получен низкотемпературной карбонизацией алюминатных растворов и имеет удельную поверхность 300-500 м²/г. В качестве одной из марок известного цемента используют портландцемент марки ПЦТ 1-50 или ПЦТ 1-100 или любые цементы, применяемые в строительстве. Данное техническое решение отличается от патентуемой сырьевой смеси наличием в составе раствора каолина в количестве до 15% и поверхностно-активного гидроксида алюминия в количестве до 5%.Also known is light cement cement (patent RU 2256774 C2, IPC E21B 33/138), used as a building material, including cementing oil, gas and geothermal wells, having a density of 1.1-1.4 g / cm ³ , consisting of a mixture of one of the brands of known cement and a lightweight filler, which is added in an amount of 5.0-60.0 wt.% by weight of the mixture and which consists of a composition containing hollow aluminosilicate microspheres, kaolin and surface-active aluminum hydroxide. The lightweight filler contains the aforementioned components in the following amounts, wt.%: Hollow aluminosilicate microspheres - 80.0-95.0, kaolin - 3.0-15.0, surface-active aluminum hydroxide - 2.0-5.0. As kaolin can be used one of the known types of secondary or enriched kaolin containing 30.0-45.0 wt.% Al ₂ O ₃ . Surface-active aluminum hydroxide can be obtained by low-temperature carbonization of aluminate solutions and has a specific surface area of 300-500 m ² / g. As one of the brands of known cement, Portland cement of the PTsT 1-50 or PTsT 1-100 brand or any cements used in construction are used. This technical solution differs from the patented feed mixture by the presence in the composition of the solution of kaolin in an amount of up to 15% and surface-active aluminum hydroxide in an amount of up to 5%.

В патенте RU 2239050 C1 (МПК E21B 33/138) описан состав для получения однородного облегченного тампонажного раствора плотностью до 1200 кг/м³, способ приготовления тампонажного раствора смешиванием тампонажного цемента с алюмосиликатными микросферами и затворением на жидкости. Предварительно смешивают с микросферами сухой порошкообразный полимерный понизитель водоотдачи в соотношении к массе тампонажного цемента, мас.%: микросферы 10-45, понизитель водоотдачи 0,15-0,45, смесь этих добавок перемешивают с указанным цементом и затем затворяют на жидкости - предварительно приготовленном 0,02-0,08% растворе пеногасителя трибутилфосфата при водотвердом отношении 0,6-0,85. В качестве сухих порошкообразных полимерных понизителей водоотдачи используют сульфоцелл, камцелл, оксиэтилцеллюлозу, поливиниловый спирт, полиакриламид. Данная разработка отличается от предлагаемого технического решения расходом микросфер (до 45% от массы портландцемента) и видом модификаторов.Patent RU 2239050 C1 (IPC E21B 33/138) describes a composition for producing a uniform lightweight cement slurry with a density of up to 1200 kg / m ³ , a method for preparing cement slurry by mixing cement slurry with aluminosilicate microspheres and mixing in a liquid. Pre-mixed with a microsphere is a dry powdery polymer fluid loss reducer in relation to the mass of grouting cement, wt.%: Microspheres 10-45, fluid loss reducer 0.15-0.45, the mixture of these additives is mixed with the specified cement and then closed on liquids - previously prepared 0.02-0.08% solution of antifoam tributyl phosphate with a water-solid ratio of 0.6-0.85. Sulfocell, camcell, hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylamide are used as dry powdery polymeric fluid loss reducers. This development differs from the proposed technical solution by the consumption of microspheres (up to 45% by weight of Portland cement) and the type of modifiers.

Состав тампонажного раствора аналогичной плотности представлен в патенте RU 2151267 C1 (МПК E21B 33/138): портландцемент тампонажный 38,89-58,07; алюмосиликатные полые микросферы 6,45-17,14; глинопорошок 0,71-1,78; вода остальное. При затворении тампонажного раствора с облегчающей добавкой - алюмосиликатными полыми микросферами на глинистой суспензии, содержащей глинопорошок и воду, достигается технический результат - снижение плотности тампонажного раствора до 1,25 г/см³ при одновременном увеличении растекаемости раствора, улучшении седиментационной устойчивости и обеспечении остальных технологических параметров раствора и камня. Данная разработка отличается от предлагаемого технического решения расходом микросфер, наличием в составе глинопорошка (до 1,78%) и отсутствием модификаторов.The composition of the grouting mortar of similar density is presented in patent RU 2151267 C1 (IPC E21B 33/138): Portland cement grouting 38.89-58.07; aluminosilicate hollow microspheres 6.45-17.14; clay powder 0.71-1.78; water the rest. When cement slurry is mixed with a lightening additive — aluminosilicate hollow microspheres on a clay slurry containing clay powder and water, a technical result is achieved — reducing the density of the cement slurry to 1.25 g / cm ³ while increasing the spreadability of the mortar, improving sedimentation stability and ensuring other technological parameters mortar and stone. This development differs from the proposed technical solution by the consumption of microspheres, the presence of clay powder (up to 1.78%) and the absence of modifiers.

В патенте EA 003917 B1 (МПК C04B 22/14; C04B 28/02; C04B 28/02) представлен состав облегченного раствора для цементирования нефтяных скважин плотностью в интервале 900…1300 кг/м³. Сырьевая смесь содержит 60…90% (об.) легковесных частиц с размером от 20 мкм до 350 мкм; 10…30% (об.) микроцемента с размером частиц 0,5…5 мкм; 0…20% (об.) с размером частиц 20…50 мкм; 0…30% (об.) гипса. Цементный камень характеризуется пористостью менее 45%. Для получения облегченного раствора могут использоваться полые микросферы, в особенности ценосферы, полые стеклянные микросферы из алюмонатрийборосиликатного стекла, керамические микросферы, полипропиленовые гранулы. Кроме того, указанные растворы могут содержать в своем составе одну или несколько нижеперечисленных добавок: диспергаторы, противоморозные добавки, водоредуцирующие добавки, ускорители и замедлители схватывания, пеногасители. Соотношение компонентов облегчающий наполнитель:микроцемент находится в следующих пределах - от 70:30 до 85:15. При этом процентное соотношение компонентов смеси (по объему) составляет: облегчающий наполнитель с диаметром частиц 100…400 мкм - 50…60%, облегчающий наполнитель с размером частиц 20…40 мкм - 35…40%; микроцемент - 5…20%. Главное отличие данной разработки от патентуемой сырьевой смеси - наличие в составе микроцемента (до 20 об.%) и гипса (до 30 об.%).In the patent EA 003917 B1 (IPC C04B 22/14; C04B 28/02; C04B 28/02) the composition of a lightweight grout for cementing oil wells with a density in the range of 900 ... 1300 kg / m ³ is presented. The raw mix contains 60 ... 90% (vol.) Light particles with a size of from 20 microns to 350 microns; 10 ... 30% (vol.) Microcement with a particle size of 0.5 ... 5 microns; 0 ... 20% (vol.) With a particle size of 20 ... 50 microns; 0 ... 30% (vol.) Gypsum. Cement stone is characterized by porosity of less than 45%. To obtain a lightweight solution, hollow microspheres, especially cenospheres, hollow glass microspheres of aluminum-borosilicate glass, ceramic microspheres, polypropylene granules can be used. In addition, these solutions may contain one or more of the following additives: dispersants, antifreeze additives, water-reducing additives, setting accelerators and retarders, antifoam agents. The ratio of components facilitating filler: microcement is in the following ranges - from 70:30 to 85:15. The percentage of the mixture components (by volume) is: lightweight filler with a particle diameter of 100 ... 400 microns - 50 ... 60%, lightweight filler with a particle size of 20 ... 40 microns - 35 ... 40%; microcement - 5 ... 20%. The main difference between this development and the patented raw mix is the presence of microcement (up to 20 vol.%) And gypsum (up to 30 vol.%).

Сырьевая смесь для получения облегченного тампонажного раствора включает в себя: тампонажный портландцемент, облегчающий наполнитель (полые керамические микросферы), комплексную добавку и жидкость затворения.The raw material mixture for obtaining a lightweight grouting mortar includes: grouting Portland cement, lightweight filler (hollow ceramic microspheres), a complex additive and a mixing fluid.

В качестве вяжущего вещества используются портландцементы тампонажные по ГОСТ 1581-96. При нормальных температурах (15…50°C) рекомендуется применять портландцемент тампонажный ПЦТ-I-50 и ПЦТ-II-50, а при умеренных (50…100°C) - ПЦТ-I-100 и ПЦТ-II-100.Portland cement grouting is used as a binder in accordance with GOST 1581-96. At normal temperatures (15 ... 50 ° C) it is recommended to use Portland cement grouting PCT-I-50 and PCT-II-50, and at moderate (50 ... 100 ° C) - PCT-I-100 and PCT-II-100.

Наполнитель представляет собой полые керамические микросферы - КМС производства Фирмы «Стройтек» (г.Ногинск, Московская область) по ТУ-6-48-108-94. Насыпная плотность микросфер - 320…370 кг/м³. Истинная средняя плотность - 750 кг/м³. Средняя плотность материала оболочки микросферы - 2450 кг/м³. Диапазон размеров находится в пределах 40…100 мкм. Наличие в составе смеси микросфер размером менее 60 мкм и более 250 мкм ограничено и не превышает 10%, теплопроводность микросфер 0,08 Вт/м·°C при 20°C. Состав внутренней газовой фазы CO₂~70%, N₂~30%. Предел прочности на сжатие - 15…29 МПа. Твердость оболочки по шкале Мооса 5…6.The filler is a hollow ceramic microspheres - KMS produced by Stroytek (Noginsk, Moscow region) according to TU-6-48-108-94. The bulk density of the microspheres is 320 ... 370 kg / m ³ . The true average density is 750 kg / m ³ . The average density of the microsphere shell material is 2450 kg / m ³ . The size range is in the range of 40 ... 100 microns. The presence in the mixture of microspheres with a size of less than 60 microns and more than 250 microns is limited and does not exceed 10%, the thermal conductivity of the microspheres is 0.08 W / m · ° C at 20 ° C. The composition of the internal gas phase CO ₂ ~ 70%, N ₂ ~ 30%. The compressive strength is 15 ... 29 MPa. The hardness of the shell on the Mohs scale 5 ... 6.

В качестве модификатора использовалась комплексная добавка длительной жизнеспособности «Murapor Combi 756» фирмы «MC-Bauchenie Russia» средней плотностью 1,14…1,155 кг/дм³. Комплексная добавка состоит из пластифицирующего компонента на основе сульфированного нафталинформальдегида, воздухововлекающего компонента - лаурилсульфатнатрия и замедлителя схватывания на основе нитрилотриметилфосфоновой кислоты.As a modifier, Murapor Combi 756, a long-life complex supplement, by MC-Bauchenie Russia, with an average density of 1.14 ... 1.155 kg / dm ^{3, was used} . The complex additive consists of a plasticizing component based on sulfonated naphthalene formaldehyde, an air-entraining component - lauryl sulfate sodium, and a retarder based on nitrilotrimethylphosphonic acid.

В качестве жидкости затворения используется вода или 2…8%-ный водный раствор ускорителя сроков схватывания - хлорида кальция или хлорида натрия.Water or a 2 ... 8% aqueous solution of the setting accelerator — calcium chloride or sodium chloride — is used as a mixing liquid.

Расход КМС варьируется в пределах от 20 до 60% от массы портландцемента, расход модификатора 0,15…0,3% от массы портландцемента. Водоцементное отношение в пределах 0,67…1,03.CMS consumption varies from 20 to 60% by weight of Portland cement, the consumption of modifier is 0.15 ... 0.3% by weight of Portland cement. Water-cement ratio in the range of 0.67 ... 1.03.

Таким образом, с учетом водоцементного отношения и расхода микросфер, соотношение компонентов раствора в % от массы сырьевой смеси следующее:Thus, taking into account the water-cement ratio and the consumption of microspheres, the ratio of the solution components in% of the mass of the raw mixture is as follows:

Тампонажный портландцементGrouting Portland cement 38…53,5%38 ... 53.5% Полые керамические микросферыHollow Ceramic Microspheres 10,7…22,8%10.7 ... 22.8% Комплексная добавка «Murapor Combi 756»Complex additive "Murapor Combi 756" 0,114…0,16%0.114 ... 0.16% Жидкость затворения (вода или 2-8% растворMixing fluid (water or 2-8% solution хлорида натрия или хлорида кальция)sodium chloride or calcium chloride) ОстальноеRest

Таблица 1Table 1 Составы и свойства облегченных тампонажных растворов с полыми керамическими микросферамиCompositions and properties of lightweight cement slurries with hollow ceramic microspheres №No. Доля компонентов раствора (% от массы цемента)The proportion of the components of the solution (% by weight of cement) Доля компонентов раствора (% от массы сырьевой смеси)The proportion of solution components (% by weight of the raw mix) В/ЦW / C ρ_р, кг/м³ ρ _p , kg / m ³ Сроки схватывания, ч-минSetting time, h-min ПЦТPCT КМСCCM Вода¹ Water ¹ МКMK ПЦТPCT КМСCCM Вода¹ Water ¹ МКMK началоStart конецend 1one 100one hundred 20twenty 6767 0,30.3 53,4753.47 10,6910.69 35,6835.68 0,160.16 0,670.67 13051305 2-002-00 3-053-05 22 100one hundred 30thirty 7474 0,30.3 49,0249.02 14,7114.71 36,12336,123 0,1470.147 0,740.74 12051205 3-053-05 4-104-10 33 100one hundred 4040 8585 0,30.3 44,4444,44 17,7817.78 37,64737,647 0,1330.133 0,850.85 11191119 3-103-10 4-154-15 4four 100one hundred 50fifty 9494 0,30.3 40,9840.98 20,4920.49 38,40738,407 0,1230.123 0,940.94 10571057 3-103-10 4-404-40 55 100one hundred 6060 103103 0,30.3 38,0238.02 22,8122.81 39,05639,056 0,1140.114 1,031,03 10101010 3-153-15 5-205-20 66 100one hundred 20twenty 67(2)67 (2) 0,30.3 53,4753.47 10,6910.69 35,6835.68 0,160.16 0,670.67 13091309 1-501-50 3-003-00 77 100one hundred 20twenty 67(8)67 (8) 0,30.3 53,4753.47 10,6910.69 35,6835.68 0,160.16 0,670.67 13131313 1-401-40 2-452-45 88 100one hundred 4040 85(2)85 (2) 0,30.3 44,4444,44 17,7817.78 37,64737,647 0,1330.133 0,850.85 11241124 3-003-00 4-004-00 99 100one hundred 4040 85(8)85 (8) 0,30.3 44,4444,44 17,7817.78 37,64737,647 0,1330.133 0,850.85 11281128 2-502-50 3-453-45 1010 100one hundred 6060 103(2)103 (2) 0,30.3 38,0238.02 22,8122.81 39,05639,056 0,1140.114 1,031,03 10161016 3-053-05 5-005-00 11eleven 100one hundred 6060 103(8)103 (8) 0,30.3 38,0238.02 22,8122.81 39,05639,056 0,1140.114 1,031,03 10201020 2-452-45 4-404-40 1212 прототипprototype 52,9652.96 9,349.34 37,64² 37.64 ² 0,06³ 0.06 ³ 0,660.66 14641464 1-201-20 2-102-10 Примечания: ρ_p - средняя плотность раствора;Notes: ρ _p is the average density of the solution; «МК» - комплексная добавка длительной жизнеспособности «Murapor Combi 756».MK is a Murapor Combi 756 complex long-life supplement. 1 - жидкость затворения, включающая 2 или 8% раствор хлорида натрия или хлорида кальция (проценты концентрации раствора указаны в скобках).1 - mixing liquid, including 2 or 8% solution of sodium chloride or calcium chloride (percent concentration of the solution is indicated in brackets). 2 - жидкость затворения прототипа включает 4% раствор хлористого кальция.2 - the mixing fluid of the prototype includes a 4% solution of calcium chloride. 3 - комплексный реагент ПС.3 - complex reagent PS.

Таблица 2table 2 Физико-механические и теплофизические характеристики облегченного тампонажного камня с керамическими микросферамиPhysico-mechanical and thermophysical characteristics of lightweight cement stone with ceramic microspheres № п/пNo. p / p Состав раствора, мас.%The composition of the solution, wt.% ρ_p, кг/м³ ρ _p , kg / m ³ ρ_к, кг/м³ ρ _k , kg / m ³ R_b, МПаR _b , MPa R_btf, МПаR _btf , MPa R_сц, МПаR _sc , MPa λ, Вт/(м·°C)λ, W / (m ° C) λ_выс, Вт/(м·°C)λ _high , W / (m ° C) ПЦТ - 53,47PCT - 53.47 1one КМС - 10,69CCM - 10.69 13051305 13001300 3,363.36 1,41.4 2,32,3 0,540.54 0,260.26 МК - 0,16MK - 0.16 Вода - 35,68Water - 35.68 ПЦТ - 49,02PCT - 49.02 22 КМС - 14,71CCM - 14.71 12051205 11801180 3,53,5 1,41.4 1,71.7 0,440.44 0,090.09 МК - 0,147MK - 0.147 Вода - 36,123Water - 36,123 ПЦТ - 44,44PCT - 44.44 33 КМС - 17,78CCM - 17.78 11191119 11081108 3,543,54 1,31.3 1,51,5 0,450.45 0,100.10 МК - 0,133MK - 0.133 Вода - 37,647Water - 37.647 ПЦТ - 40,98PCT - 40.98 4four КМС - 20,49CCM - 20.49 10571057 10281028 2,952.95 1,271.27 1,11,1 0,380.38 0,0880,088 МК - 0,123MK - 0.123 Вода - 38,407Water - 38,407 ПЦТ - 38,02PCT - 38.02 55 КМС - 22,81CCM - 22.81 10101010 970970 2,62.6 1,251.25 1,031,03 0,320.32 0,0850,085 МК - 0,114MK - 0.114 Вода - 39,056Water - 39,056 ПЦТ - 53,47PCT - 53.47 66 КМС - 10,69CCM - 10.69 13091309 13011301 3,63.6 1,51,5 2,312,31 0,530.53 0,260.26 МК - 0,16MK - 0.16 Вода¹ - 35,68Water ¹ - 35.68 ПЦТ - 53,47PCT - 53.47 77 КМС - 10,69CCM - 10.69 13131313 13031303 3,53,5 1,451.45 2,282.28 0,520.52 0,2560.256 МК - 0,16MK - 0.16 Вода¹ - 35,68Water ¹ - 35.68 ПЦТ - 44,44PCT - 44.44 КМС - 17,78CCM - 17.78 11241124 11081108 3,453.45 1,281.28 1,451.45 0,440.44 0,110.11 МК - 0,133MK - 0.133 Вода¹ - 37,647Water ¹ - 37.647 ПЦТ - 44,44PCT - 44.44 99 КМС - 17,78CCM - 17.78 11281128 11121112 3,353.35 1,321.32 1,41.4 0,430.43 0,1120,112 МК - 0,133MK - 0.133 Вода¹- 37,647Water ¹ - 37.647 ПЦТ - 38,02PCT - 38.02 КМС - 22,81CCM - 22.81 10161016 976976 2,52,5 1,221.22 1,051.05 0,330.33 0,0860,086 1010 МК - 0,114MK - 0.114 Вода¹ - 39,056Water ¹ - 39,056 ПЦТ - 38,02PCT - 38.02 11eleven КМС - 22,81CCM - 22.81 10201020 980980 2,552,55 1,21,2 1,01,0 0,3250.325 0,0870,087 МК - 0,114MK - 0.114 Вода¹ - 39,056Water ¹ - 39,056 Прототип:Prototype: ПЦТ - 52,96PCT - 52.96 1212 КМС⁴- 9,34CCM ⁴ - 9.34 14641464 14501450 3,923.92 1,51,5 2,152.15 0,690.69 0,380.38 Вода² - 37,64Water ² - 37.64 ПС³ - 0,06PS ³ - 0.06 Примечания: ρ_p - средняя плотность раствора;Notes: ρ _p is the average density of the solution; ρ_к - средняя плотность камня;ρ _to - the average density of the stone; R_b - предел прочности на сжатие;R _b - ultimate compressive strength; R_btf - предел прочности на растяжение при изгибе;R _btf - ultimate tensile strength in bending; R_сц - прочность сцепления со сталью;R _sc - adhesion strength to steel; λ - теплопроводность камня во влажном состоянии;λ is the thermal conductivity of the stone in the wet state; λ_выс - теплопроводность камня в высушенном состоянии.λ _height - thermal conductivity of the stone in the dried state. 1 - жидкость затворения, включающая 2 или 8% раствор хлорида натрия или хлорида кальция (проценты концентрации раствора указаны в скобках).1 - mixing liquid, including 2 or 8% solution of sodium chloride or calcium chloride (percent concentration of the solution is indicated in brackets). 2 - жидкость затворения прототипа включает 4% раствор хлористого кальция.2 - the mixing fluid of the prototype includes a 4% solution of calcium chloride. 3 - комплексный реагент ПС.3 - complex reagent PS. 4 - алюмосиликатные полые микросферы.4 - aluminosilicate hollow microspheres.

Облегченный тампонажный материал с керамическими микросферами приготавливается и закачивается с использованием традиционного цементировочного оборудования.Lightweight grouting material with ceramic microspheres is prepared and pumped using traditional cementing equipment.

Технический эффект - получение облегченного тампонажного раствора с КМС средней плотностью 1010…1300 кг/м³ в зависимости от расхода микросфер и их насыпной плотности с прочностью тампонажного камня на растяжение при изгибе - не ниже 1,2 МПа в возрасте 2 сут. Коэффициент теплопроводности тампонажного камня в сухом состоянии 0,085…0,26 Вт/(м·°C).EFFECT: obtaining a lightweight grouting mortar with KMS with an average density of 1010 ... 1300 kg / m ³ depending on the consumption of microspheres and their bulk density with tensile strength of the grouting stone under bending - not lower than 1.2 MPa at the age of 2 days. The thermal conductivity coefficient of cement stone in a dry state is 0.085 ... 0.26 W / (m · ° C).

Облегченные теплоизоляционные тампонажные растворы с КМС имеют повышенную однородность во времени: не расслаиваются, отсутствует всплытие микросфер и отстой воды. Такие растворы не требуют обязательного использования высокомолекулярных полимерных стабилизирующих добавок. СвойстваLightweight heat-insulating grouting mortars with CCM have increased uniformity in time: they do not separate, there is no ascent of microspheres and water sludge. Such solutions do not require the use of high molecular weight polymer stabilizing additives. The properties

Таблица 3Table 3 Основные свойства тампонажных растворов с КМСThe main properties of cement slurries with KMS Средняя плотность раствора, кг/м³ The average density of the solution, kg / m ³ 10001000 11001100 12001200 13001300 Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м³ The average density in the dry state, kg / m ³ 800800 900900 10001000 11001100 Прочность при сжатии, МПа, не менееCompressive strength, MPa, not less 2,62.6 2,82,8 6,56.5 7,57.5 Прочность при изгибе, МПа, не менееBending strength, MPa, not less 1,21,2 1,31.3 1,51,5 22 Морозостойкость, циклы, не менееFrost resistance, cycles, not less 3535 50fifty 7575 7575 Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/м·°CThermal conductivity in the dry state, W / m · ° C 0,0850,085 0,090.09 0,110.11 0,200.20

тампонажных материалов предлагаемых составов выгодно отличаются от облегченных тампонажных материалов с фильтроперлитом - ФП, вспученным вермикулитовым песком - ВВП, вспученным перлитовым песком - ВПП, полимерными полыми микросферами - ПМС и полыми стеклянными микросферами - ПСМС.grouting materials of the proposed compositions favorably with lightweight grouting materials with filter perlite - FP, expanded vermiculite sand - GDP, expanded perlite sand - runway, polymer hollow microspheres - PMS and hollow glass microspheres - PSMS.

По сравнению с ближайшим аналогом достигнут технический результат, заключающийся в пониженной плотности раствора 1000 кг/м³ против 1300 кг/м³у аналога, при сохранении прочности на сжатие и изгиб. За счет этого снижается теплопроводность тампонажного камня, что обеспечивает предотвращение растепления горных пород вокруг скважины.Compared with the closest analogue, a technical result is achieved consisting in a reduced solution density of 1000 kg / m ³ versus 1300 kg / m ³ for the analog, while maintaining compressive and bending strength. Due to this, the thermal conductivity of the cement stone is reduced, which ensures the prevention of rock thawing around the well.

Разработанный раствор можно использовать в качестве пассивной теплозащиты многолетних мерзлых пород от растепления и, одновременно, как тампонажный материал в различных горно-геологических условиях.The developed solution can be used as a passive thermal protection of permafrost from thawing and, at the same time, as a grouting material in various mining and geological conditions.

Применение предлагаемого теплозащитного материала дает возможность значительно снизить трудовые, энергетические, материальные и финансовые затраты при строительстве, повысить надежность при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.The application of the proposed heat-shielding material makes it possible to significantly reduce labor, energy, material and financial costs during construction, to increase reliability in the operation of oil and gas wells.

Claims

The raw material mixture to obtain a lightweight grouting mortar, including grouting Portland cement, a modifying additive that facilitates filler and mixing fluid, characterized in that as a modifying additive contains a complex additive of long viability "Murapor Combi 756", and as a filler - hollow ceramic microspheres at a ratio ingredients, wt.%:
Grouting Portland cement 38 ... 53.5 Hollow Ceramic Microspheres 10.7 ... 22.8 Complex additive "Murapor Combi 756" 0.114 ... 0.16 Mixing fluid - water or 2-8% solution sodium chloride or calcium chloride Rest