Вяжущее для тампонажных растворов и способ его получения

45 50 55 Оптимальные интервалы измененияпараметров рН 5,5 - 6,0; удельныйвес= 1,30 - 1,32 г/см, температура нагрева 40-60 С. (табл. 1 - 3).В исследованиях используют жидкоестекло натриевое гидратированное смодулем 2,8 - 2,9,На фиг. 1 представлена схема мешалки; на фиг. 2 - то же вид сверху,Мешалка состоит из лопатки 1, закрепленной на рычаге 2, имеющем посередине шарнирное соединение 3. Рычаг2 установлен на основании 4 и концом Изобретение относится к горному делу, преимущественно к составам вяжущих для приготовления тампонажных растворов.Цель изобретения - повышение прочности сцепления приготавливаемого раствора с пластом за счет придания ему беэусадочности при твердении.П р и м е р. Готовят водный раствор бишофита добавлением воды в бишофит таким образом, чтобы плотность раствора была не менее 1,3 г/см, а рН более 5,5. Приготовленнный раствор нагревают до 60 С, а затем в раствор вливают гидратированное жидкое стекло. При этом с помощью ме" шалки проводят дробление струи в месте падения ее в раствор Мешалка, выполненная в виде металлической лопатки с рабочим сечением 100 х 200 мм и толщиной 3 мм приводится в движение колебательным механизмом. Лопатка совершает поперечные относительно направления струи колебательные движения с частотой 10 - 20 кол/с., Глубину погружения лопатки в раствор регулируют таким образом, чтобы верхняя часть лопатки была выше уровня раствора на 2 - 10 мм. После перемешивания смеси до получения однородной массы и ее отстаивания сливают жидкую фазу. Оставшийся осадок подвергают сушке потоком воздуха, а затем выдерживают в нагревательной печи при 100 - 110 С в течение 2 часов.оПосле охлаждения вяжущего на воздухе проводят помол его с помощью барабанной мельницы до тонкого порошка.Готовят пять составов вяжущего для тампонажных растворов, приведенных в табл, 1.Для приготовления вяжущего используют бишофит, состав которого приведен в табл. 2 (в вяжущее можно вводить любой иэ укаэанных составов). 10 15 20 25 30 35 40 через шарнир 5 соединен с шатуном 6,который связан с пневмоцилиндром 7,установленным на основании.Мешалка работает следующим образом. Под действием сжатого воздуха,поступающего в пневмоцилиндр 7, установленный на основании, шатун 6 совершает возвратно-поступательное движение и приводит в движение рычаг 2,Последний выполняет колебательныедвижения вокруг шарнирного соединения 3 и приводит в движение лопатку 1,При этом лопатка 1 совершает колебания, частота которых регулируетсяпневмоцилиндром 7, Лопатка 1 перемещается вверх - вниз для измененияее положения относительно уровня перемешиваемого раствора за счет шарнирных соединений 3 и 5.Струя жидкого стекла вертикальнопадает на середину лопатки. Частотапоперечных колебаний металлическойлопатки 10 - 20 кол/с.,Глубина погружения лопатки в раствор при вливании жидкого стекла должна быть такой, чтобы верхняя часть лопатки была выше уровня раствора на 2 - 10 мм.После вливания всей массы жидкогостекла лопатка погружается на всютолщу раствора для равномерного перемешивания.Результаты испытаний приведены втабл. 4.Как следует из табл. 2, при Ь 10 ммне удается получить однородный раствор ввиду недостаточного контакТажидкого стекла с бишофитом. При погружении лопатки (Ь2 мм) жидкоестекло не дробится, а получаютсякомки,При малой частоте колебаний также наблюдаются комки в растворе, а прь большой разбрызгивается иного жидкого стекла и не получается оптимальный состав вяжущего.Скорость подачи жидкого стекла в лабораторных условиях при диаметре истечения 5 мм составляет 0,8-1,2 мм/с при приготовлении 1 л раствора. Расход жидкого стекла 280 мл на 1 л готового раствора.Сушка осадка осуществляется сначала на воздухе обдуванием осадка в течение 3 ч потоком воздуха прио20 - 25 С. Затем осадок просушиваюто в нагревательной печи при 100 - 110 С в течение 2 ч. Прн тепмературе менеео100 С процесс удаления влаги дли1222819 20 45 Таблица 1 11 Г 1 2 3 4 5 Жидкое стекло 29 30 32 34 35 тельный и остаточная влажность вью сокая. При температуре более 110 С процесс сушки происходит очень быстРо, что ухудшает технологические сввйства вяжущего (табл. 5).5После приготовления вяжущего проводят испытание составов в два этапа. На первом этапе в полученные составы вяжущих добавляют воду до получения сметанообразной консистенции и по О мещают их в керамические тиглы. После выдержки в течение 2 нед. проверяютусадку составов, На втором этапе на основе вяжущего готовят тампонажные составы путем добавки в вяжущее 15 наполнителя, отвердителя и воды, Полученными тампонажными растворами заполняют сквозные отверстия в горной породе, После затвердевания состава прикладывают нагрузку к тампонажному камню и определяют минимальное дав ление, необходимое для сдвига камня относительно породы.Составы, исследованные на втором этапе, приведены в табл.6, аих свой ства - в табл. 7-9.При введении бишофита в состав вяжущего в результате протекания химических реакций образуется сложный магниево-натриевый гидросиликат. Входящие в состав бишофита хлориды магния и кальция взаимодействуют с гидратированным жидким стеклом и образуют сложные магний-натрий-кальциевые гидросиликаты. Эти гидросиликаты35 повышают адгезию приготавливаемого темпонажного раствора к пласту породы или полезного ископаемого за счет повышения его вяжущих свойств. При этом возрастает прочность сцепления раствора с пластом.М3Кроме того, образующиеся сложные гид. росиликатыпри твердении обеспечивают безусадочность состава, потому что объем гидросиликатов при твердении не уменьшается, а при определенных соотношениях может несколько увеличиться, В результате этого прочность сцепления состава с тампонируемым пластом значительно увеличивается, 50 Оптимальное содержание жидкого стек" ла в вяжущем 30 - 34 мас.Е. При меньшем содержании жидкого стекла ухудшаются вяжущие свойства и тампонажный раствор, приготовленный на таком вяжущем, имеет низкие прочностные характеристики и слабую адгезию с тампонируемым пластом, При .большем содержании жидкого стекла наблюдается усадка вяжущего при твердении, что ухудшает герметичность тампонажного камня.Оптимальное содержание бишофитов 66 - 70 мас.7 При меньшем содержании вяжущее дает при твердении усадку, что снижает герметичность в месте соединения вяжущего с пластом, а при большем ухудшаются вяжущие свойства приготовленного вещества.При введении жидкого стекла в водный раствор бишофита с одновременным дроблением струи в месте падения в раствор происходит образование твердых частиц гидросиликата небольших размеров и реакции между хлоридами магния и кальция и жидким стеклом протекают равномерно во всем объеме раствора. Кроме того, дробление струи должно проводится только поперечными колебательными движениями. При вращательных движениях требуемый эффект не достигается ввиду мгновенного образования комка гидросиликатов и замедления необходимых реакций. Для приготовления вяжущего можно использовать механизмы, которые обеспечивают поперечние колебательные движения. Размеры лопатки и амплитуда колебаний лопатки связаны с размерами емкости, в которой производится перемешивание, и с диаметром струи жидкого стекла, падающей в раствор бишофита. Поэтому эти параметры могут быть установленытолько в относительныхвеличинах.Ширина лопатки не должна быть меньше трех диаметров падающей струи жидкого стекла, а амплитуда колебаний лопатки ограничивается шириной емкости, в которой производят перемешивание раствора, и не должна быть более 0,7 ширины емкости для предотвращения ударов о стенки емкости. Компоненты Соделжание компонентов,мас .7., в составе . Бишофит 7 1 70 68 66 651222819 Таблица 2 Содержание, мас.7,в составе Компоненты 1 2 3 87 88 89 Хлорид магния 13 12 1 1 Хлорид кальция Таблица 3 Опыт рН У г/см Темпе- Растека- Прочностьц форатура, С емость, при изгимм бе,кг/см 1 45 125 2 50 130 30 150 81,5 40 166 84,1 84,5 3 6 25 1 31 167 50 84,3 4 5 50 1 32 5 5,70 1,33 60 168 140 80,5 70 Таблица 4 Опыт Глубина,погружения лопатки, мм Частотаколебаний Растека- Прочность емость, при изгивяжущего бе,кг/сммм лопатки,кол/с 1 1,0 2 2,0 3 5,0 4 10,05 12,0 145 81 84,0 166 166 86,2 15 84,3 167 15 150 80,5 5,0 1,8 120 5,0 10 165 84,2 8 5,0 9 6,0 20 168 84,5 25 150 81,0222819 Таблица 5 Влагосодержание осадка,Х Растекае- мость Времйсушкич Опыт Температура сушки,Свяжущего, йм 81,0 1 90 2 100 84,1 84,2 3 110 81,5 140 80,5 1,5 4,0-4,6 2,5 0,08-0,10 165 . 84,3 Таблица 6. Содержание компонентов, мас.7 Состав Содержание компонентов,мас.й, в вяжущем Вяжу- Из- Глина Водащее весть Жидкое Бишофитстекло Известный 30 15 30 25 . Известное Предлагаемый 30 15 30 25 29 30 15 30 25 30 70 30 15 30 25 32 68 30 . 15 30 25 34 66 30 . 15 30 25 35 65 Таблица 7 Состав Плотность222819 Продолжение табл.7 НачалосхватыСостав РастекаеПрочностьпри изгибе,кг/см Конецсхватымость, мм вания,мин 4 1,62 .164 84,3 5 1,63 160 83,5 и р и м е ч а н и е,Температурный интервалприменения 25 - 200 С.Т а б л и ц а 8 Температура Результаты испытаний о испытаний, С образцов30 Наблюдаются трещины25 Изменений нет 100 300 Снижаются прочностныехарактеристики. 350 П р и м е ч а н и е. Состав вяжущего, мас.7: жидкое стекло 30; бишофит 70,Таблица 9 Состав Способ приготовле- Усадка об- Давления сдвиния вяжущего разца, Е га, кг/см Извест-ный Известный 2,0 - 2,4 5,0 - 6,0 8,5 - 9,0 0,9- 1,2 1 Предлагаемый 0,1 - 0,15. 10,0-10,5 0,1 - 0,12 9,8 - 10,2 0,08-0, 10 9,6 - 10,0 0,8 - 1,1 6,8 - 7,3 Плотностьг/смз вания,мин 27,5 172,0 26,0 165,01222819 Составитель Е. ТанПетраш Техред И.Попович чев рректор,М. Максимншине Редакторщ тказ 1682/31 Тираж 54ВНИИПИ ГосудаРствпо делам изобре113035, Москва Ж,Подпинного комитета СССРений и открытийаушская наб., д, 4/ сное лиал ППП ":Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4