Полимерный состав для изоляции и укрепления горных пород

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при изоляции горных выработок от притоков воды и газа и инъекционном химическом укреплении горных пород и грунтов. Полимерный состав содержит раздельно нагнетаемые в породный массив в объемном соотношении 1:1 преполимер с короткими полимерными цепями, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират, гидроксилсодержащего компонента полипропиленгликоль и полиизоцианата марки «Wannate PM-200», взятого в двойном избытке. При этом нагнетание осуществляют при следующем соотношении компонент в преполимере, мас.%: полиизоцианат – 73-75, полипропиленгликоль – 11-12, растворитель – 14-15 и гидроксилсодержащий пластификатор, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират и полипропиленгликоля с добавкой регулятора полимеризации «АМИН А33» при следующем соотношении компонент в пластификаторе, мас.%: растворитель – 84-87, полипропиленгликоль – 11-13, регулятор полимеризации – 0.1-4.5. Техническим результатом является повышение глубины проникновения и эффективности нагнетания полимерного состава в породный массив за счет снижения вязкости рабочих жидкостей при сохранении низкой сжимаемости состава под действием давления и малом содержании в нем остаточного изоцианата. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано при изоляции горных выработок от притоков воды и газа и инъекционном химическом укреплении горных пород и грунтов. Одним из способов снижения проницаемости и упрочнения горных пород является заполнение содержащихся в них пор и трещин проникающими полимерными составами на полиуретановой основе.

Известны изоляционные полиуретановые составы из одной рабочей жидкости, например состав «АКВИДУР» (ТУ 5775-003-45318000-2013), содержащие преполимер, полученный смешиванием полиизоцианатного и гидроксилсодержащего полиэфирного компонентов до инъекции состава в горную породу.

Известен также полиуретановый состав из одной рабочей жидкости для упрочнения горных пород по патенту РФ №2021523 (МПК E21D 21/00, опубл. 15.10.1994), содержащий преполимер, полученный из полиизоциантаного и полиэфирного компонентов с добавкой олигоэфиракрилата МГФ-9 в соотношении: 88-98 объемных частей полиэфирного компонента, 2-12 объемных частей олигоэфиракрилата МГФ-9 и 100 объемных частей полиизоцианатного компонента. Добавка олигоэфиракрилата замедляет процесс гелеобразования в присутствии воды, снижает отрицательное влияние воды на механические свойства полиуретана, повышает адгезию состава к обводненным породам.

Недостатками известных составов по ТУ 5775-003-45318000-2013 и патенту РФ №2021523 являются высокая вязкость преполимера (до 5-6 Па⋅с) и связанные с нею высокое гидравлическое сопротивление при нагнетании состава и его низкая проникающая способность при инъекции в породный массив.

Известны полиуретановые составы из двух рабочих жидкостей, нагнетаемых раздельно, одна из которых содержит полиизоцианат, а вторая - смесь полиэфирных полиолов и присадок, например состав из жидкостей «BEVEDOL» и «BEVEDAN» (свидетельство о государственной регистрации от 22.06.2011 г. № RU 42.21.04.008.E.000067.06.11), одновременно нагнетаемых в скважину по отдельным гидравлическим линиям в объемном соотношении 1:1, например по способу, приведенному в патенте DE 3927894 A (МПК В29В 7/74, E21D 9/00, опубл. 28.02.1991).

Недостатком известного состава из жидкостей «BEVEDOL» и «BEVEDAN» является образование преполимера в скважине, где возможно неполное смешивание рабочих жидкостей, что ведет к повышенному остаточному содержанию свободных изоцианатных групп в составе, нагнетаемом в породный массив. Реакция свободных изоцианатных групп с водой в горных породах приводит к образованию малопрочного материала - поликарбамида, что снижает эффективность укрепления горных пород и грунтов. Кроме того, рабочие жидкости известного состава обладают повышенной вязкостью при низких пластовых температурах (670±50 мПа⋅с при температуре 15°С), что снижает глубину проникновения состава в породный массив.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническим характеристикам является состав по патенту РФ №2282654 (МПК C09K 8/512, опубл. 27.08.2006), содержащий полиуретановый преполимер, растворитель и регулятор процесса полимеризации. В качестве полиуретанового преполимера в составе по патенту РФ №2282654 используется «Компонент Поропласт плюс А-3017В» (ТУ 2226-007-43161713-2000), содержащий смесь полиэфирполиолов, изоционатов, стабилизаторов и катализаторов вспенивания. В качестве растворителя используется смесь полиэфирполиолов, гликолей и стабилизаторов вспенивания, выпускаемых под маркой «Полиэфир СГ-500» (ТУ 2226-008-43161713-2000). Для регулирования процесса полимеризации по всему объему в капиллярах и трещинах пласта состав содержит водный раствор солей, например хлорида кальция с содержанием не менее 300-350 г/литр. Использование растворителя "Полиэфир СГ-500" уменьшает вязкость состава при низких температурах и повышает проникающую способность состава.

Недостатком известного состава по патенту РФ №2282654 является наличие в рабочей жидкости воды, что приводит к вспениванию состава и повышению его сжимаемости под действием давления. Это осложняет работу инъекционного оборудования и затрудняет нагнетание состава в породный массив под давлением. Кроме того, вода в составе способствует образованию внутри инъекционного оборудования трудноудаляемого полимера, для очистки от которого требуется прокачка через оборудование большого объема дополнительного растворителя, например выпускаемого под маркой ДВА (ТУ226-004-43161713-99), содержащего смесь диаметилацетамида, бутилацетата и стабилизаторов, загрязняющих окружающую среду.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении глубины проникновения и эффективности нагнетания полимерного состава в породный массив за счет снижения вязкости рабочих жидкостей при сохранении низкой сжимаемости состава под действием давления и малом содержании в нем остаточного изоцианата.

Поставленная задача решается тем, что полимерный состав содержит раздельно нагнетаемые в породный массив в объемном соотношении 1:1 преполимер с короткими полимерными цепями, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират, гидроксилсодержащего компонента полипропиленгликоль и полиизоцианата марки «Wannate РМ-200», взятого в двойном избытке, при следующем соотношении компонент в преполимере, мас. %: полиизоцианат - 73-75, полипропиленгликоль - 11-12, растворитель - 14-15, и гидроксилсодержащий пластификатор, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират и полипропиленгликоля с добавкой регулятора полимеризации «АМИН А33» при следующем соотношении компонент в пластификаторе мас. %: растворитель - 84-87, полипропиленгликоль - 11-13, регулятор полимеризации - 0.1-4.5.

Полиизоцианат марки «Wannate РМ-200» (CAS 9016-87-9) является смесью полимерного 4,4'-дифенилметандиизоцианата (ТУ 113-03-38-106-90) с его гомологами и изомерами. Полиизоцианат в смеси с полипропиленгликолем (ТУ 6-09-2434-81) образует преполимер, который при реакции с водой в горных породах образует полиуретановый полимер.

Растворитель 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират (CAS 6846-50-0) используется для снижения вязкости рабочих жидкостей и повышения глубины проникновения состава в горные породы. Низкая вязкость рабочих жидкостей полимерного состава достигается за счет использования растворителя и нагнетания преполимера с укороченными полимерными цепями, для получения которого используется половина требуемого количества гидроксилсодержащего компонента. Вторая половина полипропиленгликоля подается в скважину в составе гидроксилсодержащего пластификатора.

Аминный катализатор марки «АМИН А33» содержит 1,4-диазобицикло-2,2,2-октан (CAS 280-57-9). Он используется для регулирования процесса полимеризации состава в присутствии воды.

Экспериментальный образец преполимера с короткими полимерными цепями изготавливали следующим образом. Отвешивали на весах 1,97 кг растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутирата и наливали его в емкость объемом 15 л. Затем отвешивали на весах 1.35 кг полипропиленгликоля и вливали тонкой струей в емкость, содержащую растворитель, непрерывно перемешивая раствор электромеханической мешалкой со скоростью вращения 300-400 об/мин. Отвешивали 9.68 кг полиизоцианата «WANNATE РМ-200», тщательно перемешивали и вливали в течение 1-2 мин через воронку в емкость с приготовленной смесью растворителя и полипропиленгликоля и непрерывно перемешивали полученную смесь электромеханической мешалкой со скоростью вращения 400-600 об/мин. Полученную рабочую жидкость перемешивали еще 3-4 минуты. Емкость с полученной рабочей жидкостью герметично закрывали, ограничивая ее контакт с воздухом, и выдерживали в течение 1 час после приготовления. Полученный преполимер представляет собой прозрачную жидкость темно-коричневого цвета без запаха плотностью 1,17 г/см и вязкостью 180-200 мПа⋅с при 15°С.

Экспериментальный образец гидроксилсодержащего пластификатора приготавливали следующим образом. Отвешивали на весах 1.35 кг полипропиленгликоля, 9.31 кг растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират и требуемое количество катализатора «АМИН А33» для получения заданной концентрации в пределах от 0.1 до 4.5%, которая зависит от требуемого времени отверждения полимерного состава и температуры пород. Растворитель заливали в емкость объемом 15 л. Затем в эту емкость через воронку последовательно вливали пропиленгликоль и насыпали катализатор, непрерывно перемешивая раствор электромеханической мешалкой со скоростью вращения 300-400 об/мин. Полученный гидроксилсодержащий пластификатор представляет собой прозрачную бесцветную жидкость без запаха плотностью 0,95 г/см3 и вязкостью 70-90 мПа⋅с при 15°С.

Концентрация катализатора «АМИНА А33» в пластификаторе влияет на время отверждения полимерного состава, которое регулируется в пределах от единиц до десятков минут. На фиг. 1 приведена экспериментальная зависимость времени отверждения полимерного состава от концентрации катализатора «АМИНА А33» в пластификаторе при 10°С и 20°С.

Для ускорения отверждения состава в горной породе при проведении изоляционных работ в условиях напорной фильтрации пластовых вод концентрация катализатора в пластификаторе может быть увеличена до 4.5%.

При укреплении горных пород для увеличения глубины проникновения в них состава время отверждения может быть увеличено за счет снижения концентрации катализатора «АМИНА А33» в пластификаторе до 0.1-0.3%.

В натурных условиях преполимер с короткими полимерными цепями и гидроксилсодержащий пластификатор предлагаемого полимерного состава нагнетают в скважину одновременно по двум отдельным гидравлическим линиям в объемном соотношении 1:1. При смешивании рабочих жидкостей полимерного состава в скважине уменьшается содержание в нем свободных изоцианатных групп и происходит удлинение полимерных цепей. Получаемый состав, содержащий полимерные цепи разной длины и остатки полипропиленгликоля проникает в горную породу, где за счет экзотермической реакции с водой, содержащейся в горной породе, происходит образование макромолекул, содержащих мочевинные связи, и выделение газообразного диоксида углерода. За счет полиизоцианатов, содержащихся в реагенте «WANNATE РМ-200», происходит синтез прочных полиуретанов трехмерного строения. Получаемый диоксид углерода вспенивает образующийся полиуретановый полимер и способствует его распределению по поверхности пор и трещин в горной породе. Это снижает расход предлагаемого полимерного состава при изоляции горных выработок от притоков воды и газа и инъекционном химическом укреплении горных пород и грунтов.

Совокупность признаков предлагаемого изобретения позволяет уменьшить вязкость рабочих жидкостей состава при сохранении низкой сжимаемости состава под действием давления и малом содержании в нем остаточного изоцианата, и за счет этого увеличить глубину проникновения и эффективность нагнетания полимерного состава в горные породы.

Полимерный полиуретановый состав для изоляции и укрепления горных пород, содержащий растворитель, регулятор процесса полимеризации, гидроксилсодержащую компоненту, отличающийся тем, что он содержит раздельно нагнетаемые в породный массив в объемном соотношении 1:1 преполимер с короткими полимерными цепями, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират, гидроксилсодержащего компонента полипропиленгликоль и полиизоцианата марки «Wannate РМ-200», взятого в двойном избытке, и гидроксилсодержащий пластификатор, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират и полипропиленгликоля с добавкой регулятора полимеризации «АМИН А33» при следующем соотношении компонент, мас.%:



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления контура подземных горных выработок. Технический результат - повышение надежности закрепления анкера в шпуре и концов каната.

Изобретение относится к горной промышленности и, в частности, к анкерному креплению горных пород в криолитозоне, а также может быть использовано в строительстве и, в частности, при сооружении тоннелей различного назначения, в том числе проходимых в предварительно замороженных дисперсных грунтах или породах.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления контура подземных горных выработок. Технический результат - повышение технологичности изготовления и установки, а также конструктивной надежности канатного анкера и эффективности его закрепления в шпуре.

Настоящее изобретение относится к смеси ускорителей для отверждаемых пероксидами смесей смол, которая содержит основной ускоритель (I) и соускоритель (II), причем основным ускорителем (I) является соединение формулы (I): а соускорителем (II) - соединение формулы (II-1) или (II-2): в которых R1 и R2 соответственно независимо друг от друга означают алкильную группу с одним или двумя атомами углерода, гидроксиалкильную группу с 1-3 атомами углерода или однократно или многократно этоксилированную или пропоксилированную гидроксиалкильную группу с 1-3 атомами углерода.

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области упрочнения бортов выработок и груди забоев в монтажных камерах в период монтажа очистного механизированного комплекса с механическими исполнительными органами выемочных машин.

Группа изобретений относится к области установки анкерных болтов штанговой крепи в грунт/слои горной породы. Технический результат - повышение эффективности установки крепи за счет использования самонарезающегося анкерного болта на смоле с одностадийной установкой.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для производства элементов горной крепи для шахт, а именно канатных анкеров. Технический результат - возможность технологичного производства головной части канатных анкеров с любыми заданными параметрами длин шага фиксации.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и, в частности, к анкерным крепям, и может найти применение для крепления контуров горных выработок. Технический результат - придание грузонесущему стержню дополнительного свойства с повышением его механической прочности.

Группа изобретений относится к расширяемым трубчатым анкерам. Технический результат - повышение устойчивости анкера к действующим на него силам и коррозии.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности установки анкера и снижение трудоемкости его подготовки к установке в скважине.

Изобретение относится к защите от коррозии оборудования для добычи нефти, а также трубопроводов и резервуаров для нее. Ингибитор коррозии для защиты оборудования для добычи сырой нефти, нефтепроводов и резервуаров для сырой нефти, содержащий: компонент а), полученный в результате выполнения следующих процессов: А) - частичной нейтрализации смеси модифицированных производных имидазолина общих приведенных структурных формул путем обработки алифатической и/или ароматической монокарбоновой кислотой, содержащей от 1 до 7 атомов углерода в молекуле, и В) - дальнейшей частичной нейтрализации полученного промежуточного продукта жирными кислотами, содержащими от 12 до 22 атомов углерода в молекуле, и/или полимерами жирных кислот, содержащими от 18 до 54 атомов углерода в молекуле, компонент b), представляющий собой этоксилированные жирные амины, содержащие от 14 до 22 атомов углерода в молекуле, и от 2 до 22, предпочтительно от 5 до 15, этокси-групп в молекуле, компонент d), представляющий собой алифатические спирты, содержащие от 1 до 6 атомов углерода на молекулу, возможно, с добавлением воды.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности. Технический результат - низкая коррозионная активность состава для кислотной обработки, замедленная скорость реагирования состава для кислотной обработки с карбонатной породой, отсутствие образования асфальтосмолопарофиновых отложений за счет низкого межфазного поверхностного натяжения на границе с нефтью, предотвращение выпадения вторичных осадков, высокая способность связывания железа.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для проведения ремонтно-изоляционных работ (РИР) в скважинах. Способ ремонтно-изоляционных работ в скважинах включает приготовление и закачивание в скважину водоизоляционной композиции, содержащей, мас.

Варианты реализации изобретения относятся к операциям цементирования и, более конкретно, некоторые варианты реализации относятся к затвердевающим композициям, которые содержат печную пыль и волластонит, а также к способам их применения в подземных пластах .

Изобретение относится к выполнению многостадийной обработки скважин, пронизывающих подземные формации. Способ разрыва с отведением с помощью способного разлагаться материала, содержащий этапы, на которых осуществляют: нагнетание скважинной обрабатывающей текучей среды в скважину, пронизывающую многослойную формацию, для распространения гидравлического разрыва в слое формации, нагнетание водной суспензии, содержащей волокна нерастворимого, способного разлагаться материала в твердой фазе для формирования пробки из уплотненных волокон и изолирования гидравлического разрыва от скважины, где способный разлагаться материал присутствует в суспензии в концентрации, по меньшей мере, 4,8 г/л (40 фунтов массы/1000 галлонов), и жидкая фаза суспензии содержит полимерный загуститель, вязкоупругое поверхностно-активное вещество, вспомогательное поверхностно-активное вещество, модификатор реологических свойств, полимерное вещество для снижения сопротивления, поверхностно-активное вещество для снижения сопротивления, полимерный усилитель снижения сопротивления, мономерный усилитель снижения сопротивления, водный рассол, или их комбинацию или смесь, с помощью пробки, отводящей от предшествующего гидроразрыва, нагнетание скважинной обрабатывающей текучей среды в скважину для распространения следующего гидравлического разрыва в другом слое формации и разложение способного разлагаться материала для удаления пробки.

Изобретение относится к производству проппанта и его суспензии в жидкости для гидроразрыва. Способ формирования газонаполненных пузырьков на поверхности частицы проппанта, содержащий этапы помещения частиц проппанта в воду при рабочем давлении 8000-12000 фунтов на квадратный дюйм, создание избыточного давления газа в воде, равного или большего, чем рабочее давление 8000-12000 фунтов на квадратный дюйм, для создания насыщения вокруг или в непосредственной близости от частицы проппанта, в результате чего образуются пузырьки на поверхности частиц проппанта, и сброса избыточного давления из воды до уровня рабочего давления.
Изобретение относится к составам для бурения скважин. Технический результат – расширение арсенала средств, получение бурового раствора со следующими свойствами: плотность 1,16-1,17 г/см3, вязкость 43 сР, условная вязкость 43 с/л.

Расклинивающий агент для применения для разрыва геологических формаций получают из бокситовых руд и кальцийсодержащего соединения. Расклинивающий агент содержит, мас.%: 25-75 Al2O3, 0-70 SiO2, по меньшей мере 3 СаО и менее 0,1 кристобалита, а также по меньшей мере 5 (предпочтительно более 10) мас.% кальцийсодержащей кристаллической фазы, представляющей собой анортит.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для регулирования разработки нефтяных и газовых месторождений, включающего регулирование профиля приемистости нагнетательных скважин и изоляцию водопритоков добывающих скважин.

Изобретение относится к частице сшитого препятствующего образованию отложений вещества для операций добычи нефти, для источника воды охлаждающей колонны, способу изготовления частицы и ее использованию.
Изобретение относится к составам, используемым в качестве связующих для грунтов, и может быть использовано в строительстве и горном деле. Двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием в качестве изоцианатного компонента содержит полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, а в качестве гидроксильного компонента - однородную смесь алкоксилированного алкантриола с молекулярной массой 370-500, этиленгликоля, катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диметилэтаноламин и метилдиэтаноламин, ацетата калия и разбавителя, выбранного из группы, включающей хлорпарафин ХП-470 и его смесь с дибутилфталатом, при содержании изоцианатного и гидроксильного компонентов в равных объемах.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при изоляции горных выработок от притоков воды и газа и инъекционном химическом укреплении горных пород и грунтов. Полимерный состав содержит раздельно нагнетаемые в породный массив в объемном соотношении 1:1 преполимер с короткими полимерными цепями, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират, гидроксилсодержащего компонента полипропиленгликоль и полиизоцианата марки «Wannate PM-200», взятого в двойном избытке. При этом нагнетание осуществляют при следующем соотношении компонент в преполимере, мас.: полиизоцианат – 73-75, полипропиленгликоль – 11-12, растворитель – 14-15 и гидроксилсодержащий пластификатор, образующийся при смешивании растворителя 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират и полипропиленгликоля с добавкой регулятора полимеризации «АМИН А33» при следующем соотношении компонент в пластификаторе, мас.: растворитель – 84-87, полипропиленгликоль – 11-13, регулятор полимеризации – 0.1-4.5. Техническим результатом является повышение глубины проникновения и эффективности нагнетания полимерного состава в породный массив за счет снижения вязкости рабочих жидкостей при сохранении низкой сжимаемости состава под действием давления и малом содержании в нем остаточного изоцианата. 1 ил.

Наверх