Способ получения тампонажного раствора



Способ получения тампонажного раствора
Способ получения тампонажного раствора
Способ получения тампонажного раствора
Y02W30/92 -
Y02W30/92 -

Владельцы патента RU 2645691:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" (МГУПС (МИИТ)) (RU)

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано для тампонажа трещиноватых горных пород при сооружении и ремонте шахтных стволов и щитовой проходке тоннелей различного назначения. Технический результат - получение удешевленного тампонажного раствора за счет замены цемента золой от сжигания топочного мазута, ускорение процесса схватывания и твердения золо-бентонитово-цементной смеси, повышение прочности и стабильности свойств композитного раствора, а также расширение области утилизации отходов техногенного происхождения. В способе получения тампонажного раствора, включающем перемешивание цемента, золы-уноса и бентонита с последующим перемешиванием с водой затворения и введением жидкого стекла, используется зола-унос от сжигания мазута, при этом содержание компонентов составляет, мас.%: цемент 30-60, бентонитовый порошок 3,3-5,0, зола мазутная 15-55, а жидкое стекло с плотностью 1,3-1,45 г/см3 используют в количестве 2,5-5% по объему, причем перемешивание с водой затворения производят при водотвердом отношении В/Т 2-1. 1 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к щитовой проходке тоннелей, и может быть использовано для тампонажа трещиноватых горных пород при сооружении и ремонте шахтных стволов и щитовой проходке тоннелей различного назначения (строительстве тоннелей), а также для растворов первичного контрольного и уплотнительного нагнетания при сооружении подземных выработок различного назначения. Цель изобретения - получение нового тампонажного раствора за счет замены цемента золой от сжигания топочного мазута, ускорение процесса схватывания и твердения золо-бентонито-цементной смеси, повышение прочности и стабильности свойств композитного раствора, а также расширение области утилизации отходов техногенного происхождения. Способ приготовления золо-бентонито-цементной смеси, включающий перемешивание бентонита золы, портландцемента с водой, где осуществляют растворение серы, находящейся в золе гидрооудаления, в течение 20 мин при скорости вращения лопастей 300 об/мин, затем в полученную смесь вводят жидкое стекло и окончательным перемешиванием получают композитную смесь однородной консистенции.

Сущность изобретения заключается в создании тампонажного состава вяжущего на основе золы топочного мазута тепловых электростанций, обладающего повышенными прочностными и улучшенными строительно-техническими свойствами, что также приводит к увеличению объема утилизации кислых и ультракислых зол-уносов ТЭЦ.

Применение зол от сжигания мазута в составах тампонажного раствора позволяет сократить затраты на наиболее дорогостоящий компонент цемент, без существенного снижения его прочностных показателей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ сооружения тоннелей, коллекторов с использованием механизированного щита и сборных кольцевых обделок, включающий разработку грунта рабочим органом, тампонаж за обделочного пространства тампонажным раствором с ускорителем схватывания через отверстия в элементах сборной кольцевой обделки, описанный в патенте США №5645375, опубл. 1997-07-08.

Недостатком этого известного способа является невозможность вести ускоренную проходку с применением быстросхватывающегося тампонажного раствора из-за наличия опасности его застывания при остановке проходки и прекращении подачи тампонажного раствора с ускорителем схватывания. По этой причине способ применяется преимущественно в ограниченных условиях при тампонаже устойчивых рыхлых пород со значительными кавернами и вывалами.

Известно вяжущее, включающее высококальциевую золу-унос, портландцемент и глинистую добавку, отличающееся тем, что в качестве глинистой добавки оно содержит порошок неполнообожженной глины при следующем соотношении компонентов, мас.%: высококальциевая зола-унос - 55-40; портландцемент - 25-45; порошок неполнообожженной глины - 20-15 (см. Заявка на изобретение С04В 7/28, №98120832/03, 13.11.1998. Дата публикации заявки: 10.09.2000). Недостатком описанного вяжущего является сравнительно высокая водопотребность, недостаточно высокие прочностные показатели, а также необходимость использования при производстве данного вяжущего исключительно высококальциевых зол тепловых электростанций, что приводит к ограниченному выпуску подобного вяжущего и снижению объема утилизации отходов ТЭЦ.

Известен способ приготовления композитного тампонажного раствора с заменой 20% цемента золой от сжигания отработавших деревянных шпал при следующем соотношении компонентов (на сухое), мас.%: бентонит 5; зола-уноса 10; цемент марки 400 - 40, при добавлении в качестве ускорителя схватывания раствора силиката натрия с плотностью 1,3-1,45 г/см3 в количестве 5% по объему. Приготовление тампонажного раствора с добавлением воды производят при В/Т 2:1 (Устинова М.В., Зубрев Н.И., Аксенов В.А. Утилизация золы от сжигания деревянных железнодорожных шпал в составе композитных систем / Научно-технический журнал «Наука и техника транспорта» №4. - М.: МИИТ РОАТ, 2011. - с. 61-64).

Наиболее близкими к техническому результату и взятыми за прототип являются способы приготовления тампонажных растворов, состоящих из бентонита, золы и цемента, полученных путем смешивания портландцемента, золы, бентонита, воды и жидкого стекла.

Известен тампонажный раствор с длительным сроком схватывания, полученный при следующем соотношении компонентов (на сухое), мас.%: бентонит 2-8, зола-унос 30-78, цемент класса ЦЕМ-1-42,5Б- 20-68, при добавлении в качестве ускорителя схватывания раствора силиката натрия с плотностью 1,3-1,45 г/см3 в количестве 2,5-15% по объему. Приготовление тампонажного раствора с добавлением воды производят до водотвердого отношения: В/Т 0,5 - 0,9 (см. заявка на изобретение №2476675 от 18.05.2011, дата публикации 27.02.3013 (Закрытое акционерное общество "Триада-Холдинг" (RU).

Недостатком приведенных выше способов является использование золы без дополнительной обработки в щелочном растворе и высокая стоимость получаемого тампонажного раствора, так как замена цемента золой не превышает 20%.

Техническая задача изобретения - регулирование процесса схватывания и твердения золо-бентонито-цементной смеси, повышение прочности и стабильности свойств тампонажного раствора, расширение областей утилизации отходов техногенного происхождения за счет их дополнительного использования в качестве активных наполнителей в композитных системах. Это обеспечивает удешевление смеси за счет снижения расхода цемента без потери прочностных характеристик.

Технологические ограничения в приведенных прототипах в новом тампонажном растворе устраняются: опасность застывания за счет введения различных количеств жидкого стекла; высокая водопотребность за счет введения золы от сжигания топочного мазута; недостаточно высокие прочностные показатели за счет образования наночастиц серы.

Поставленная задача достигается за счет того, что зола от сжигания мазута содержит повышенное содержание серы, которая в процессе приготовления тампонажного раствора в щелочной среде переходит в раствор с образованием растворимых тиосульфата и сульфатов:

10S+6NaOH=2Na2S4+Na2S2О3+3H2O.

При этом возможно образование гомоцепей в концентрированных растворах основного сульфида: Na2S+(n-1)S=Na2Sn, в присутствии которого образуются наночастицы, за счет которых происходит ускорение структурообразования системы [Массалимов И.А., Хусаинов А.Н., Абдракипова Л.Ф., Мустафин А.Г. Выделение наночастиц серы из растворов полисульфидов кальция и натрия // Журнал прикладной химии. - 2009. - Т. 82 №12 - С. 1946-1951].

Установлено, что при смешении бентонита и цемента с водой в смеси образуется щелочная среда с рН 12. Химические состав исходной золы и обработанной в течение 20 мин щелочным раствором приведены в табл. 1. Оказалось, что при выщелачивании происходит изменение химического состава золы, причем в наибольшей степени происходит снижение содержания серы. Таким образом, сера, перешедшая в воды затворения, выпадает в виде нананочастиц, которые со временем увеличиваются в размерах до высокодисперсных коллоидных размеров и заполняют полости кристаллизующегося цементного камня, образуя монолит.

Раствор содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: цемент 30-60, бентонитовый порошок 3,3-5,0, зола мазутная 15-55 и раствор силиката натрия с плотностью 1,3-1,45 г/см3 в количестве 2,5-5% по объему. Приготовление тампонажного раствора с добавлением воды производят до водотвердого отношения: В/Т 2 - 1.

Бентонит смешивается с цементом и золой, добавляется вода в течение 20 мин со скоростью перемешивания от 200-300 об/мин, затем добавляется раствора силиката натрия и после 1-2-минутного перемешивания до получения однородной консистенции.

Использование новой последовательности приемов и операций, которые надо осуществить для достижения поставленной технической задачи изобретения, выгодно отличает предлагаемый способ изготовления золо-бентонито-цементной смеси от указанного прототипа, так как в результате активации зола выступает не только в роли инертного наполнителя цементной системы, но и приобретает дополнительную активность, способность вступать в химическое взаимодействие с продуктами гидратации цемента, и, кроме того, за счет перехода серы в раствор и образования наночастиц приводит к существенному росту прочности отвержденного тампонажного раствора даже при замене 40% цемента золы.

Технические свойства полученных образцов тампонажного раствора представлены в таблице.

Пример

Получение тампонажного раствора

Смешивают 330 г бентонита марки П2Т2А, 3000 г цемента и 200 г золы со скоростью не менее 300 об/мин в течение 20 мин и затем добавляют 26 г силиката натрия и перемешивают 1-2 мин. Для получения тампонажного раствора потребуется, мас.%: бентонит 3,30, цемент 30,00, зола 2,00, жидкое стекло 0,26, остальное - вода затворения 64,44.

Для приготовления золо-бентонито-цементного композитного раствора в мешалку добавляли воду и активировали смесь в течение 20 мин со скоростью не менее 300 об/мин. Затем добавляли силикат натрия и смесь окончательно перемешивали 1-2 мин до получения однородной смеси.

Способ получения тампонажного раствора, включающий перемешивание цемента, золы-уноса и бентонита с последующим перемешиванием с водой затворения и введением жидкого стекла, отличающийся тем, что используется зола-унос от сжигания мазута, при этом содержание компонентов составляет, мас.%: цемент 30-60, бентонитовый порошок 3,3-5,0, зола мазутная 15-55, а жидкое стекло с плотностью 1,3-1,45 г/см3 используют в количестве 2,5-5% по объему, причем перемешивание с водой затворения производят при водотвердом отношении В/Т 2-1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к способам повышения продуктивности эксплуатационных скважин подземных хранилищ газа и снижения водонасыщенности призабойной зоны пласта с использованием физико-химических методов воздействия на пласт-коллектор.

Изобретение относится к способу создания малопроницаемого экрана в пористой среде при подземном хранении газа в пористых пластах-коллекторах и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, в частности к сухим смесям для приготовления состава для селективной водоизоляции в газовом пласте. Сухая смесь для приготовления состава для селективной водоизоляции в газовом пласте содержит, мас.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к составам для ограничения водопритока в добывающей скважине, и может найти применение для выравнивания профиля приемистости нагнетательной скважины.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к установке цементных мостов в эксплуатационных колоннах скважин при временном отключении продуктивной части отдельных пластов или части пласта и ликвидации скважин.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - повышение эффективности кислотной обработки карбонатных нефтяных коллекторов.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к тампонажным смесям, и может быть использовано при одноступенчатом цементировании протяженных (более 2500 м) обсадных колонн, перекрывающих интервалы проницаемых пластов и пластов с низкими градиентами гидроразрыва при нормальных, умеренных и повышенных температурах.

Изобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом и ремонтно-изоляционных работах в тоннелях, нефтяных и газовых скважинах.

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 нефтяной промышленности и может быть применено при гидравлическом разрыве карбонатного пласта (ГРП). Способ включает перфорацию стенок скважины в необходимом интервале скважины каналами глубиной не менее протяженности зоны концентрации напряжений в породах от ствола скважины, спуск колонны насосно-компрессорных труб в зону ГРП с герметизацией межтрубного пространства пакером выше интервала перфорации, циклическую закачку и продавку в скважину гелеобразной жидкости разрыва и кислоты.

Изобретение может быть использовано в производстве наполнителей, добавок к почве для выращивания растений, для утяжеления буровых растворов, защиты от радиоактивного и электромагнитного излучения.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к способам повышения продуктивности эксплуатационных скважин подземных хранилищ газа и снижения водонасыщенности призабойной зоны пласта с использованием физико-химических методов воздействия на пласт-коллектор.

Изобретение относится к области разработки нефтяных месторождений. Технический результат - увеличение охвата залежи, повышение эффективности паротеплового воздействия на продуктивный пласт, увеличение отбора разогретой высоковязкой нефти после пароциклического воздействия, исключение перегрева верхней части продуктивного пласта, сокращение тепловых потерь по стволу скважины.

Изобретение относится к ингибиторам гидратации глин, используемым в составе буровых растворов на водной основе (глинистых и безглинистых, пресных и мнерализованных) для строительства наклонно-направленных, преимущественно, с углом наклона более 70°, и горизонтальных скважин в интервалах неустойчивых терригенных отложений.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам гидравлического разрыва пласта в добывающей скважине при наличии попутной и/или подошвенной воды.

Изобретение относится к добыче нефти третичными методами. Способ добычи нефти, в котором водный нагнетаемый агент, содержащий, по меньшей мере, растворимый в воде (со)полимер полиакриламида - ПАА, растворенный в жидкости на водной основе, закачивают через по меньшей мере одну нагнетательную скважину в нефтеносное отложение, а сырую нефть извлекают из отложения через по меньшей мере одну эксплуатационную скважину, причем способ, по меньшей мере, предусматривает следующие стадии: обеспечения жидкой дисперсионной полимерной композиции, по меньшей мере, содержащей, мас.%: 20-59,9 органической гидрофобной жидкости с температурой кипения более 100°С, 40-79,9 частиц по меньшей мере одного растворимого в воде (со)полимера ПАА со средним размером частиц от 0,4 мкм до 5 мкм, диспергированных в органической жидкости, где растворимый в воде (со)полимер ПАА содержит 30-100% по массе акриламидных звеньев относительно общего количества всех мономерных звеньев в (со)полимере и характеризуется среднемассовой молекулярной массой Mw от 5000000 г/моль до 30000000 г/моль, и 0,1-10 по меньшей мере двух поверхностно-активных веществ - ПАВ (С), где ПАВ (С) содержат 0,05-5% по массе по меньшей мере одного ПАВ (С1), способного стабилизировать эмульсии «вода в масле», и 0,05-5% по массе по меньшей мере одного ПАВ (С2), способного стабилизировать дисперсию, содержание воды в жидкой дисперсионной полимерной композиции составляет менее 10% по массе и количества каждого компонента жидкой дисперсионной полимерной композиции представлены на основе общего количества всех ее компонентов, добавления по меньшей мере одного активирующего ПАВ (D) в жидкую дисперсионную полимерную композицию, причем ПАВ (D) отлично от ПАВ (С) и имеет показатель ГЛБ более 9, смешивания жидкой дисперсионной полимерной композиции, содержащей по меньшей мере одно активирующее ПАВ (D), с жидкостью на водной основе, таким образом получая водный нагнетаемый агент, содержащий по меньшей мере один (со)полимер ПАА, растворенный в нем, где концентрация (со)полимера ПАА в нагнетаемом агенте составляет 0,05-0,5% по массе на основе общего количества всех компонентов нагнетаемого агента, и закачивания водного нагнетаемого агента, полученного таким образом, в нефтеносное отложение.

Изобретение относится к композиция на основе полимолочной кислоты дисперсной структуры, используемой в различных областях применения, в частности, в качестве раствора для бурения в целях извлечения полезных ископаемых.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, в частности к сухим смесям для приготовления состава для селективной водоизоляции в газовом пласте. Сухая смесь для приготовления состава для селективной водоизоляции в газовом пласте содержит, мас.
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к производству проппанта, используемого при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта.

Предложена древесно-цементная смесь с модификатором, которая содержит измельченную древесину в виде опилок хвойных пород, портландцемент, жидкое стекло, хлорид кальция, полипропиленовые волокна, аморфный диоксид кремния с нанопористой структурой и удельной поверхностью от 120 до 400 м2/г при соотношении указанных компонентов, мас.

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано для тампонажа трещиноватых горных пород при сооружении и ремонте шахтных стволов и щитовой проходке тоннелей различного назначения. Технический результат - получение удешевленного тампонажного раствора за счет замены цемента золой от сжигания топочного мазута, ускорение процесса схватывания и твердения золо-бентонитово-цементной смеси, повышение прочности и стабильности свойств композитного раствора, а также расширение области утилизации отходов техногенного происхождения. В способе получения тампонажного раствора, включающем перемешивание цемента, золы-уноса и бентонита с последующим перемешиванием с водой затворения и введением жидкого стекла, используется зола-унос от сжигания мазута, при этом содержание компонентов составляет, мас.: цемент 30-60, бентонитовый порошок 3,3-5,0, зола мазутная 15-55, а жидкое стекло с плотностью 1,3-1,45 гсм3 используют в количестве 2,5-5 по объему, причем перемешивание с водой затворения производят при водотвердом отношении ВТ 2-1. 1 пр., 2 табл.

Наверх