тампонажная смесь

Формула изобретения

Тампонажная смесь, включающая портландцемент и золу-унос, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлам отхода обогащения антрацита при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Портландцемент - 30 - 50

Зола-унос - 25 - 50

Шлам отхода обогащения антрацита - 20 - 35

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а также к бурению скважин при геологоразведочных работах на угольных месторождениях, в частности к тампонажным растворам для цементирования скважин и ликвидации зон поглощения.

Известен тампонажный материал (а.с. СССР 985256, заявл. 19.11.80 г., опубл. 30.12.82 г., кл. МКИ Е 21 В 33/138 "Тампонажный материал"), содержащий отходы доломитового производства и золу-унос твердых топлив. Раствор, полученный на основе данного тампонажного материала, имеет большую плотность, что приводит к снижению прочности и коррозионной стойкости формируемого камня.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является тампонажная смесь, состоящая из портландцемента, золы-уноса и негашеной извести (п. РФ 2026960, заявл. 24.07.92 г. , опубл. 20.01.95 г., кл. МКИ Е 21 В 33/138, "Способ получения тампонажной смеси"). Недостатком данной смеси является то, что входящая в ее состав негашеная известь не обеспечивает прочность и коррозионную стойкость образующегося камня в кислой среде.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение плотности тампонажного раствора при одновременном повышении прочности и коррозионной стойкости формируемого цементного камня. Поставленная задача решается тем, что тампонажная смесь, включающая портландцемент и золу-унос, дополнительно содержит шлам отхода обогащения антрацита при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 30-50, золу-унос 25-50, шлам отхода обогащения антрацита 20-35.

Для приготовления тампонажной смеси были использованы следующие компоненты:

- портландцемент марки М-400 плотностью 1,58 г/см³;

- зола-унос, например, Новочеркасской ГРЭС, плотностью 1,58 г/см³, удельной поверхностью 2570 см²/г, остаток на сите 0,08-17,8%, следующего химического состава, %: SiО₂ - 53,12, Аl₂О₃ - 16,96, Fе₂О₃ - 10,89, CaO - 2,69, MgO - 0,98, TiО₂ - 0,61, SО₃ - 0,14, К₂О + Na₂О - 2,97 и несгоревшее органическое вещество 10-15%; потери при прокаливании - 11,64%;

- шлам отхода обогащения антрацита состоит из минералов группы глин, обломков алюмосиликатов, мелкодисперсных сульфидов и органических веществ, составляющих от 20 до 30%.

Тампонажную смесь готовят следующим образом. Смешивают в мас.% портландцемент 30-50, золу-унос 25-50, шлам обогащения антрацита 20-35, затворяют водопроводной водой и перемешивают до получения однородной массы. Для проведения исследования свойств тампонажного раствора и цементного камня были взяты тампонажные смеси с различным содержанием компонентов и затворены водой.

Плотность тампонажного раствора определяли по ГОСТ 26798.1-96, а прочность цементного камня - по ГОСТ 310.4-81. Коррозионную стойкость цементного камня определяли по отношению прочности двухсуточного цементного камня к 28-суточному в нормальных условиях в технической воде при 22^oС и давлении 0,1 МПа и в агрессивной среде - в насыщенной среде хлористого кальция.

Соотношение исходных компонентов тампонажной смеси и свойства полученного тампонажного раствора и формируемого цементного камня представлены в таблице.

Пример 1. Смешивают в мас.% портландцемент - 30, золу-унос - 35 и шлам отхода обогащения антрацита - 35, полученную смесь (100 г) затворяют водопроводной водой 50 г и перемешивают до получения однородной массы. Тампонажный раствор готов к использованию.

Примеры 2-14. Тампонажную смесь готовят аналогично примеру 1 с использованием соотношения компонентов, указанных в таблице.

Как видно из таблицы, при содержании портландцемента 30-50 мас.%, золы-уноса 25-50 мас. % и шлама отхода обогащения антрацита 20-35 мас.% (примеры 1, 2, 7, 8, 13) тампонажный раствор имеет более низкую плотность, чем тампонажный раствор, полученный из тампонажной смеси по прототипу, что приводит к повышению прочности и коррозионной стойкости формируемого цементного камня. Этому способствует то, что в состав золы-уноса входит до 10-15% несгоревшего органического вещества, а в шлам отхода обогащения антрацита - от 20 до 30% органического вещества, а также наличие в шламе отхода обогащения антрацита обломков алюмосиликатов и сростков частичек угольного материала с глинистым. Взаимодействие компонентов смеси обеспечивают необходимые свойства тампонажного раствора и формируемого цементного камня. Содержание в смеси портландцемента менее 30 мас.% (пример 5), золы-уноса менее 25 мас.% (пример 12) и шлама отхода обогащения антрацита менее 20 мас. % (пример 6) приводит к повышению плотности тампонажного раствора, уменьшению прочности и коррозионной стойкости цементного камня. При содержании портландцемента более 50 мас.% (пример 4) тампонажный раствор представляет собой вязкую массу, не пригодную для цементирования скважин и ликвидации зон поглощения. Повышенное содержание золы-уноса - 55 мас.% (пример 11) и шлама отхода обогащения антрацита 40 мас.% (пример 10) ухудшает прочность и коррозионную стойкость цементного камня при одновременном повышении плотности тампонажного раствора. Таким образом, тампонажный раствор, полученный на основе предлагаемой смеси, содержащий портландцемент, золу-унос и шлам отхода обогащения антрацита в заявленном соотношении, имеет небольшую плотность, легко прокачивается, обладает минимальной водоотдачей и обеспечивает хорошие прочностные и коррозионные свойства формируемого цементного камня.

Исходные компоненты смеси являются не дефицитным и легко доступным сырьем. Ежегодно на обогатительных фабриках накапливаются десятки миллионов тонн шлама отхода обогащения антрацита из-за отсутствия технологии его утилизации. Вовлечение отхода обогащения антрацита и золы-уноса в хозяйственный оборот позволит ликвидировать источники загрязнения окружающей среды и оздоровить экологическую обстановку.