CC BY
85
404
KiMYA PROBLEML9R1 № 4 2016
УДК 622.24
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛЕГЧЕННОГО ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА
1 2 1 Э.М.Сулейманов , Э.Т.Сулейманов , В.А.Кузнецов
1 Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
НИИ «Геотехнологические Проблемы Нефти, Газа и Химии»
АZ1010 Баку, пр.Азадлыг,36, e-mail: [email protected]; [email protected]
2SOCAR,Трест комплексных буровых работ, е-mail: [email protected]
В работе исследуется влияние добавки кремнегеля к цементному раствору для получения облегченного раствора. Опыты показали преимущества добавки кремнегеля по сравнению с такими облегчающими добавками как глина и трепел по механической прочности, адгезии с металлом и линейным изменениям. Исследованиями определено, что необходимой дозировкой является 20% добавки кремнегеля от веса сухого портландцемента.
Ключевые слова: тампонажный раствор, наполнитель, кремнегель, портландцемент, бентонит,трепел, адгезия
ВВЕДЕНИЕ
Широкое разнообразие условий при цементировании нефтяных и газовых скважин требует применения цементных растворов, весьма различных по своим свойствам. Применяя стандартные тампонажные портландцементы, можно регулировать свойства растворов лишь в весьма ограниченных пределах. Условия цементирования скважин потребовали разработки многочисленных специальных тампонажных цементов, позволяющих получать растворы с широким диапазоном свойств. Большинство специальных тампонажных цементов получается на основе портландцемента путем введения различных минеральных и органических добавок [1,2,3].
При цементировании часто необходимо применять облегченные растворы, плотность которых значительно меньше плотности чистых цементных растворов.
Облегченные тампонажные растворы применяются: а) если в разрезе скважины имеются поглощающие горизонты или пласты, склонные к гидроразрыву под действием повышенного гидростатического давления; б) если цементный раствор в затрубном пространстве скважины требуется поднять на большую высоту; в) для снижения затрат
на цементирование скважины в результате экономии высококачественного тампо-нажного цемента.
Растворы пониженной плотности получают при:
1) затворении растворов из тампонажного цемента с наполнителями, которые имеют значительно меньшую плотность (кокс, гильсонит), чем цемент, или обладают повышенной водопотреб-ностью (бентонит, диатомит, опока);
2) использовании в качестве вяжущих материалов смол и пластмасс, имеющих значительно меньшую плотность, чем тампонажные цементы;
3) аэрировании растворов, приготовленных из тампонажных цементов.
Наиболее распространен первый способ приготовления облегченных растворов, а лучшая облегчающая добавка - бентонит, который дает возможность значительно повысить водоцементное отношение и тем самым снизить плотность раствора.
Так как физико-химические свойства облегчающих наполнителей влияют не только на тампонирующие свойства облегченных растворов, но и на процессы приготовления и продавливания их в затрубное пространство, важным
KiMYA PROBLEML9Ri № 4 2016
Э.М.СУЛЕЙМАНОВ и др.
405
фактором является правильный выбор наполнителя.
Наполнители должны отвечать следующим требования:
1) иметь возможно меньшую плотность;
2) не должны содержать примесей, отрицательно влияющих на свойства вяжущего материала и жидкости, используемой для затворения;
3) иметь частицы размером не более 5 мм;
4) обладать возможно большей прочностью зерен (вспученный перлит, обожженный диатомовый песок);
5) иметь влажность не более 3%; 6) обладать стабильными физическими
свойствами (плотность, гранулометрический состав, удельная поверхность и
др.);
7) быть сравнительно дешевыми и доступными для получения в требуемых количествах.
Легкие тампонажные растворы могут быть приготовлены: 1) смешением сухих компонентов вяжущих материалов с легкими наполнителями (или водопот-ребными добавками) с последующим затворением смеси водой; 2) затворением вяжущих материалов глинистым раствором, имеющимся на буровых, или специально приготовленным.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В данной работе исследуются цементные растворы с легким наполнителем. В качестве облегчающей добавки был взят кремнегель - отход Сумгаитского суперфосфатного завода, представляющий собой белый порошок плотностью 1800-1900 кг/м3, на 80% состоящий из соединения ш8Ю2-пН2О. Кремнегель обладает высокой химической активностью (способностью связывать СаО), а его растворимость в щелочной среде в десятки раз выше, чем у известных кремнеземсодержащих добавок (диатомита, трепела, опоки, золы). Введение кремнегеля позволяет получить стабильные растворы с плотностью до 1400 кг/м (табл. 1,2). Несмотря на некоторое замедление сроков схватывания тампонажных растворов с добавками кремнегеля, он имеет лучшие показатели по прочности и адгезии с металлом при температурах 220С и 750С. Линейные изменения цементного камня из кремнегеля также показали наилучшие результаты - 0%,т.е. не происходит усадки цементного камня при твердении, а значит, повышается герметичность зацементированного
затрубного пространства скважины.
Проведенные физико-механические испытания исследуемых составов после месячного твердения в водной среде при комнатной температуре (220С) показали, что эти образцы сохраняют свои прочностные характеристики с максимумом в 7-суточном возрасте в различной среде (5%-ные растворы М§С12 и
пластовая вода с пл. Бинагады).
Это происходит потому, что гелеобразная фаза, присутствующая в большинстве образцов, обеспечивает подвижное соединение кристаллов в более эластичную пространственную структуру, амортизируя тем самым внутреннее напряжение [4].
Т.о., сравнение применяемых облегченных тампонажных составов с разработанным показало его преимущество по механической прочности, адгезии, линейным изменениям. Опыты показали, что необходимой дозировкой является 20%-ная добавка кремнегеля от веса сухого портландцемента. Использование такого состава внесет определенный вклад в решение проблемы качественного цементирования нефтяных и газовых скважин с АНПД.
&
V 1 л 1 ъ ^ а! Iе ч Е ■п- тч о ф ф
к -т- | 5 ■н Га 5 § 1 о Ф Ф ф ф ой ф ф £ Ф £ Ф — ф
Iе (Ч Ф Ф VI ■Г»! VI Ф ■тч" VI ф
ч л 3 а: 1 ? = ^ а! а. о я 1 £ ф Л о £ Ф 3 ф VI £ VI 3 Ф £ Ф гч 1
1 ЩГи чгь ф N VI Ф VI 1 ■СЧ VI VI т ■СЧ Ф "г-. щ VI ф
1! и 1- ■¿ГЬ г-- М н VI Г- <4 н VI Г- М гч ч гч V"!
^ п С. А п | О-Я ^ 1Г1 ой т тч VI т гч VI ГЧ
1 |§ А л -п - .3 — - ^ ф й ф VI VI 1 ж VI 8 * ф ^ Ф ГО. VI Ф П ч*
I ф оО ф Ф ОЙ Ф ф ос Ф Ой ф ф
Состав н = и X о + 1 Н г-; | 1 8 1 ЕЗ Ё £ % й! (т м У г 3 § !£ в || - 1+' 1 + (3 1 Я 3 с || + (а: ■и 1 2 3 с || — ^ + Ш € 1 5 3 £ Г ¡л + £ - % 1 Й | н гч + 1 £ || II ££ - (Ч-)
l aft.L 2. МехдннческЛн [фОчнОСгь Л^ЩОитЛмнОнЛжнШй kíimuh, тнерденицнх при 22 С ( I чуклни н образец тпердел прн 75^С)
Е.
>
я О Cd
г
и
S г а?
5.
к» о
I—'
о\
Состав Плотность, ЕГ/U3 Прочность на слыв, МПа чбрв супя
1 7 28
вода Й0ДО пласт, a'M.jj NaïSOi MgClî №Дй пласт, m ми NfeSO« MfCh
ГЬрландисмсит 1820 и 6,1 6,0 6.0 6.0 6.3 6,3 6.3 6.3
IkipnaiuLKMCHT + 20%бентонит. гага 1550 3,7 5,1 5,0 5,0 5.0 5.2 5,2 5.2 52
IkipnaiuLKMCHCirr 4-30% бентонит, гага 1460 3,5 4,9 4,в 4,7 4.8 5.0 5.0 5.0 5.0
1к>р.13Е|дцемеЕГ +20% трепел i m 3,8 5,1 5.1 5.1 5.1 5.2 5.2 5.2 5.2
1 к>рт лш|д иемеЕ1т + 30% трепа ЫИ0 3,7 5,0 5.0 5.0 5.0 5.1 5.1 5.1 5.1
1 к>рт лш|д цемент +10% крсмиегелЕ. 1550 4J 5.Ä 5.Ä 5.a 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9
1 II ipr. lUHn'l 1 KÎMfhri" +10% кремнеша N30 4J 5,а 5.Ä 5.a 5.a 5.9 5.9 5.9 5.9
О
H Sc
Я
о
Cd s Й •а
о
REFERENCES
1. Calata G., de Montmollth V., Hayman A., Hutin R. et al. Modernizing Well Cementation Design and Evaluation. Oilfield Review 3, 1991, no. 2 (april), p. 55-71.
2. Cementing Product Catalog, 2006, Schlumberger Oilfield Services, 300 Schlumberger Drive, Sugar Land, TX 774784 USA, p. 2-15.
3. Halliburton cementing tables. 2004, Halliburton services. Duncan, OK 73536, USA, p. 51-67.
4. Kuznetsova T.V. Aluminate and sulfoaluminate cements. Moscow, 1986, p.208.
DEVELOPMENT AND RESEARCH INTO LIGHTENED CEMENT SOL UTION
E.M.Suleymanov, E.T.Suleymanov,V.A.Kuznetsov
Azerbaijan State University of Oil and Industry, Research institute "Geotechnological Problems of Oil, Gas and Chemistry " Azadlig Ave.,36, AZ1010 Baku, Azerbaijan Republic e-mail: [email protected]; [email protected] 2SOCAR, Trust of Complex Borings, е-mail: e.t. [email protected]
The paper examines effect of silica-gel additives on cement solution to get lightened solution. Experiences demonstrated advantages of silica-gel additives as compared with such lightening additives as clay and bergmeal, - by their mechanical durability, adhesion with metal and linear changes. Researches helped to specify that 20 % of silica-gel additive per a unit of dry Portland-cement weight is a necessary dosage. Keywords: grouting mortar, filler, silica-gel, Portland-cement, bentonite, bergmeal, adhesion.
YUNGULLd§DiRiLMi§ SEMENTMdHLULUNHAZIRLANMASI Vd TdDQiQi
E.M.Suleymanov, E.T.Suleymanov,V.A.Kuznetsov
1Azarbaycan Dovlat Neft va Sanaye Universiteti AZ1010 Baki, Azadliqpr.36, e-mail: [email protected]; [email protected]
2SOCAR, Kompleks Qazma i§lari Tresti AZ1033 Baki, Aga Neymatulla kug., 105; е-mail: [email protected]
I§da yungulla§dirilmi§ sement mahlulu almaq ugun kremnegel alavalarinin tasiri tadqiq olunmu§dur. Gostarilmi§dir ki, mexaniki davamliliga, metalla adgeziyaya gora gil va trepella muqayisada kremnegel daha ustundur. Tacrubalar naticasinda muayyan edilmi§dir ki, yungulla§dirilmi§ sement mahlulu almaq ugun alava olunan kremnegelin miqdari quru potrlandsementin gakisinin 20% ta§kil edir.
Agar sozlar: tamponaj mahlulu, doldurucu, kremnegel, potrlandsement, bentonit, trepel.
Поступила в редакцию 11.06.2016.
KiMYA PROBLEML9R1 № 4 2016
