РАСШИРЯЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ТАМПОНАЖНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2018 года по МПК E21B33/138 C09K8/467 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к составам комплексных добавок, используемых в производстве бетонов, строительных растворов, бетонных и железобетонных изделий, включая процессы цементирования нефтяных и газовых скважин.

Известна комплексная добавка для цементных систем (варианты) (патент РФ №2527436, 10.10.1998 г.), содержащая суперпластификатор, смесь электролитов, дополнительно содержит органический регулятор вязкости, при этом в качестве органического регулятора вязкости используют неионогенные и ионогенные эфиры целлюлозы, модифицированные крахмалы, полисахариды растительного или микробиологического происхождения, бинарные смеси мономерных катионных и анионных поверхностно-активных веществ или смесь нескольких указанных компонентов при следующем содержании указанных компонентов, мас. %: суперпластификатор 51-84, смесь электролитов 15-45, органический регулятор вязкости 1-4. По другому варианту комплексная добавка для цементных систем, содержащая, мас. %: суперпластификатор 1-10, смесь электролитов 1,5-4,5, органический регулятор вязкости 0,05-0,5, водоудерживающий компонент 85,45-97,45, в качестве водоудерживающего компонента содержит смесь нескольких тонкомолотых природных минералов из группы: известняк, доломит, песок и/или смесь нескольких техногенных тонкодисперсных материалов из группы, включающей золу-уноса, доменный шлак, микрокремнезем, метакаолин. Однако данная добавка не позволяет решать задачу по регулированию расширения во времени цементных систем (в том числе тампонажного материала). В данной добавки метакаолин применяется исключительно для решения задачи увеличения водоудержания цементных систем.

Известна добавка для тампонажного материала, содержащая высокоалюминатную золу-унос, содержащую не менее 18 мас. % оксида алюминия (SU 1838582, 1993 г.). Недостатком известной добавки для тампонажного материала является расширение содержащей ее тампонажной системы до ее доставки в скважину и недостаточная прочность получаемого цементного камня.

Известна расширяющаяся добавка для тампонажного материала (патент RU №2120025, 1999 г.), содержащая золу-унос от сжигания каменных или бурых углей и/или от сжигания горючих сланцев или отвальную золу от сжигания тех же видов топлива с содержанием в ней SiO₂ не менее 35 мас. % и Al₂O₃ не менее 17 мас. %, что определяет ее активность, то есть способность взаимодействовать со свободным оксидом кальция, содержащимся в портландцементом клинкере и гипсе. Недостатком такой добавки для тампонажного материала является также его расширение до доставки в скважину, получаемый цементный камень обладает низкими прочностными характеристиками.

Известна близкая к заявляемому изобретению добавка для тампонажного материала (патент RU №2342416, 2006 г.), содержащая сланцевую золу и дополнительно водорастворимый реагент, содержащий «Крепь» и карбоксиметилцеллюлозу в соотношении 1,68:1,0, или «Крепь» и трибутилфосфат в соотношении 4,3:1,0, или «Крепь» и нитрилотриметилфосфоновую кислоту в соотношении 11,0:1,0, или пластификатор C-3 и сульфацелл в соотношении (4,3-7,8):1,0. Недостатками такой добавки для тампонажного материала являются недостаточно высокие показатели расширения тампонажного материала и его плотности, а также получаемый цементный камень обладает низкими значениями прочности при сжатии и изгибе.

Задачей изобретения является обеспечение возможности регулирования с помощью добавки расширения тампонажного материала во времени с целью уменьшения усадочных деформаций цемента и повышения плотности тампонажного материала.

Поставленная задача решается расширяющей добавкой для тампонажного материала, содержащей сланцевую золу, метакаолин и гиперпластификатор, отличающейся тем, что добавка содержит сланцевую золу, метакаолин и гиперпластификатор на основе поликарбоксилатов Melflux 1641 F при следующем соотношении компонентов: сланцевая зола 70-83% массы; метакаолин 14-24,5% массы; Melflux 1641 F 2,2-6,3% массы, при этом, сланцевая зола имеет массовую долю свободного оксида кальция не менее 14%., а остаток на сите №008 не более 35%.

Сланцевая зола (сланец сожженный - СС) получают при сжигании в растопочной печи пылевидного сланца и путем сухого сепарирования тонкодисперсной минеральной части. СС состоит из клинкерных минералов, мелкозернистой свободной извести, свободного оксида кальция, дегидрированного сульфата кальция, стеклофазы и нерастворимого свободного остатка.

Метакаолин описан в ТУ 572901-001-65767184-2010.

Melflux 1641 F - гиперпластификатор, поликарбоксилатный эфир первого поколения, обладает эффектом замедления схватывания цемента. Применяется в составах на основе портландцемента и глиноземистого цемента.

Технический результат регулирования расширения тампонажного материала во времени достигается за счет взаимодействия активного кремнезема и глинозема, содержащегося в метакаолине, со свободным оксидом кальция, содержащемся в сланцевой золе, и с ангидритом, содержащемся в цементе и сланцевой золе. Также регулирование расширения тампонажного материала обеспечивается низким водоцементным отношением тампонажного раствора, достигаемым за счет гиперпластификатора Melflux 1641 F, позволяющего придать тампонажному раствору необходимую пластичность при минимальном количестве воды затворения.

Технический результат по уменьшению усадочных деформаций цемента, повышению плотности тампонажного материала, повышению прочности цементного камня достигается за счет снижения водоцементным отношением тампонажного раствора в совокупности с расширением тампонажного раствора, описанным выше.

Расширяющуюся добавку для тампонажного материала получают смешиванием компонентов.

В результате применения указанной добавки прочность цементного камня повышена на 30-40%.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам комплексных добавок, используемых в производстве бетонов, строительных растворов, бетонных и железобетонных изделий, включая процессы цементирования нефтяных и газовых скважин. Расширяющая добавка для тампонажного материала содержит 70-83 мас.% сланцевой золы, 14-24,5 мас.% метакаолина и 2,2-6,3 мас.% гиперпластификатора на основе поликарбоксилатов Melflux 1641 F. При этом сланцевая зола имеет массовую долю свободного оксида кальция не менее 14%, а остаток на сите №008 не более 35%. Техническим результатом является обеспечение возможности регулирования с помощью добавки расширения тампонажного материала во времени с целью уменьшения усадочных деформаций цемента и повышения плотности тампонажного материала.

Расширяющая добавка для тампонажного материала, содержащая сланцевую золу, метакаолин и гиперпластификатор, отличающаяся тем, что добавка содержит сланцевую золу, метакаолин и гиперпластификатор на основе поликарбоксилатов Melflux 1641 F при следующем соотношении компонентов, мас.%: сланцевая зола 70-83; метакаолин 14-24,5; Melflux 1641 F 2,2-6,3, при этом сланцевая зола имеет массовую долю свободного оксида кальция не менее 14%, а остаток на сите №008 не более 35%.