КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ В ПОДЗЕМНОЙ ФОРМАЦИИ Российский патент 2020 года по МПК C09K8/473 C04B28/04 E01C3/04 E02D3/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к тампонажной композиции для операций цементирования в подземной формации. Указанная композиция может также найти применение при строительстве гидротехнических сооружений и изготовлении строительных конструкций различного назначения, модификации грунтов, устройства теплоизоляционных завес, горной промышленности.

Предшествующий уровень техники

Известна композиция для тампонажных работ в подземных формациях, раскрытая в заявке на изобретение US 2003/150,615, опубликованной 14.08.2003, которая содержит цемент, например, шлаковый, в количестве, по меньшей мере, 50 мас.%, хлористый кальций – 0,2-12 мас.%, добавку для контроля потери жидкости – 0,2-8 мас.%, пластификатор – 0,2-8 мас.%, кремнеземистый наполнитель – 20-60 мас. % от веса цемента и воду затворения. Указанная композиция является быстротвердеющей и после отверждения обладает повышенной прочностью и химической стойкостью.

К недостаткам данной композиции относится то, что она не является расширяющейся и имеет недостаточно высокую эффективность при заполнении свободного пространства, поскольку обладает высокой теплопроводность и не применима в технологии струйной цементации.

Ближайшим аналогом предложенного изобретения по совокупности существенных признаков является композиция пониженной плотности, используемая для цементирования скважин, проходящих от поверхности земли до подземных формаций, раскрытая в патенте на изобретение RU 2717586, опубликованном 24.03.2020, содержащая, мас.%: гидравлическое вяжущее – портландцемент, например СЕМ 1, – 50-80, минеральную кремнеземистую добавку – 10,5-60, материал на основе окиси алюминия – 0-10, кроме того, она содержит формиат кальция, суперпластификатор на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом – 10-15. Композиция вспенивается с помощью газа.

Композиция ближайшего аналога так же, как и композиция по предложенному изобретению, является быстротвердеющей и имеет пониженную плотность, но она не является расширяющейся, в результате чего невозможно достичь необходимую равномерность и однородность заполняемого пространства из-за пониженной теплопроводности данной композиции, а также невозможно использовать её в технологии струйной цементации.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является получение расширяющейся быстротвердеющей композиции, обладающей пониженной теплопроводностью с коэффициентом теплопроводности не более λ= 0,15-0,2 Вт/м^{2 *} °С, регулируемым коэффициентом линейного расширения Кр = 1,5-3,0, возможностью применения в условиях пониженных температур и применения буроинъекционной технологии при нагнетания раствора, в том числе по технологии струйной цементации Jet Grouting в грунты или строительные конструкции для их модификации, создания теплоизолирующих элементов или заполнения пустот.

Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является получение расширяющейся быстротвердеющей композиции, обладающей пониженной теплопроводностью.

Указанный технический результат достигается за счет того, что композиция для цементирования в подземной формации включает портландцемент, минеральную добавку, суперпластификатор на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, реагент для обеспечения газообразования, формиат кальция, содержит портландцемент бездобавочный типа ЦЕМ 1 класса 42,5 (М500), в качестве минеральной добавки порошок доломита или гранита с удельной поверхностью 3000-3500 см2/г, в качестве указанного суперпластификатора – С-3, в качестве реагента для газообразования алюминиевую пудру и дополнительно камедь гуаровую или ксантановую, карбонат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный портландцемент – 75,7-90, указанная минеральная добавка – 5-20, суперпластификатор С-3 – 0,3-0,6, указанная камедь – 0,2-0,5, алюминиевая пудра – 0,3-0,7, формиат кальция – 0,5-0,2, карбонат лития – 0,2-0,5.

Примеры реализации изобретения

Пример 1

Тампонажную композицию готовят смешением бездобавочного портландцемента по ГОСТ 31108-2016 типа ЦЕМ 1 класса 42,5 (марки М500) – 90 мас.%, минеральной добавки – порошка доломита с удельной поверхностью 3000 см²/г – 8 мас.%, суперпластификатора С-3 – 0,3 мас.%, алюминиевой пудры-0,3 мас.%, формиата кальция – 1 мас.%, карбоната лития 0, 2 мас.%, камеди ксантановой – 0,2 мас.%. Полученную сухую смесь затворяют водой до получения водотвердого отношения 0,5. Готовая смесь должна иметь жидкую консистенцию позволяющую проникать в трещины и пустоты и заполнять неровности. При нагнетании в подземную формацию готовой смеси – раствора рекомендуется проведение работ до начала реакции газообразования.

Рекомендуемая температура воды затворения от +5 до 30°С. При использовании струйной цементации рабочее давление нагнетания до 400 bar, диаметр форсунок при струйной цементации – 4-6 мм и водотвердое отношение – 0,8.

Минимальная допустимая прочность на 3 сутки 0,43 МПа, линейное расширение от исходного объёма при водотвердом отношении 0,8 не менее 150 % от исходного объема. Коэффициент теплопроводности λ= 0,16 Вт/м²*°С. Время начала реакции газообразования – не более 15 мин.

Пример 2

Тампонажную композицию готовят смешением бездобавочного портландцемента ЦЕМ 1 класса 42,5 (марки М500) – 75,7 мас.%, минеральной добавки – порошка гранита с удельной поверхностью 3500 см²/г – 20 мас.%, суперпластификатора С-3 – 0,6 мас.%, алюминиевой пудры – 0,7 мас.%, формиата кальция – 2 мас.%, карбоната лития 0,5 мас.%, камеди гуаровой – 0,5 мас.%. Полученную сухую смесь затворяют водой до получения водотвердого отношения 0,7. Готовая смесь должна иметь жидкую консистенцию позволяющую проникать в трещины и пустоты и заполнять неровности. При нагнетании в подземную формацию готовой смеси – раствора рекомендуется проведение работ до начала реакции газообразования.

Рекомендуемая температура воды затворения от +5 до 30°С. При использовании струйной цементации рабочее давление нагнетания до 400 bar, диаметр форсунок при струйной цементации, 4-6 мм. Водотвердое отношение – 0,7.

Допустимая прочность на 3 сутки 0,46 МПа, линейное расширение от исходного объёма 150 % от исходного объема. Коэффициент теплопроводности не более λ= 0,18 Вт/м²*°С. Максимальное время начала реакции газообразования составляет не более 12 минут.

Изобретение относится к цементированию в подземной формации, а также может найти применение при строительстве гидротехнических сооружений, строительных конструкций, модификации грунтов. Технический результат - получение расширяющейся быстротвердеющей композиции, обладающей регулируемым коэффициентом линейного расширения Кр = 1,5-3,0, коэффициентом теплопроводности не более λ= 0,15-0,2 Вт/м²*°С и минимальной прочностью на третьи сутки не менее 0,3 МПа. Композиция для цементирования в подземной формации содержит, мас.%: портландцемент бездобавочный типа ЦЕМ 1 класса 42,5 (М500) 75,7-90; минеральную добавку - порошок доломита или гранита с удельной поверхностью 3000-3500 см²/г 5-20; суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 0,3-0,6; камедь гуаровую или ксантановую 0,2-0,5; реагент для обеспечения газообразования – алюминиевую пудру 0,3-0,7; формиат кальция 0,5-2,0; карбонат лития 0,2-0,5. 2 пр.

Композиция для цементирования в подземной формации, включающая портландцемент, минеральную добавку, суперпластификатор на основе натриевой соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, реагент для обеспечения газообразования, формиат кальция, отличающаяся тем, что она содержит портландцемент бездобавочный типа ЦЕМ 1 класса 42,5 (М500), в качестве минеральной добавки – порошок доломита или гранита с удельной поверхностью 3000-3500 см²/г, в качестве указанного суперпластификатора – С-3, в качестве реагента для газообразования – алюминиевую пудру и дополнительно камедь гуаровую или ксантановую, карбонат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный портландцемент 75,7-90 Указанная минеральная добавка 5-20 С-3 0,3-0,6 Указанная камедь 0,2-0,5 Алюминиевая пудра 0,3-0,7 Формиат кальция 0,5-2,0 Карбонат лития 0,2-0,5