СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА Советский патент 1994 года по МПК E02D3/12 E21B33/138 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в тампонажных работах для укрепления водоносных тонкотрещиноватых горных пород, а также для упрощения песчаных грунтов в гидротехническом, дорожном и промышленно-гражданском строительстве.

Цель изобретения - расширение периода замедления гелеобразования и повышение прочности камня.

Способ приготовления тампонажного состава включает смешение жидкого стекла с кремнефтористоводородной кислотой, причем кремнефтористоводородную кислоту предварительно смешивают с карбонатом щелочного металла (например, натрия и калия) в количестве 0,5-3 мас.ч. к 1 мас.ч. кремнефтористоводородной кислоты (в пересчете на безводную), а затем полученную смесь смешивают с жидким стеклом в объемном соотношении 1:0,5-1:3.

Введение в кремнефтористоводородную кислоту карбоната щелочного металла приводит к образованию нового коагулянта, который в сочетании с жидким стеклом образует новую композицию и позволяет расширить период замедления гелеобразования при обычных температурных условиях.

Исследования показали, что введение карбоната щелочного металла в кремнефтористоводородную кислоту позволяет замедлить процесс гелеобразования в силикатной композиции в более широком интервале по сравнению с прототипом (см. табл. 1). Чем больше в коагулянте содержится карбоната щелочного металла по отношению к безводной кремнефтористоводородной кислоте, тем длительней период гелеобразования. При этом проявляется отчетливо выраженный максимум периода. Например, с изменением отношения карбоната калия к кремнефтористоводородной кислоте от 0,5:1 до 3:1 мас.ч. период гелеобразования в различных составах увеличивается с 6-50 до 109-252 мин, причем в образцах не проявляются усадочные деформации (см. табл.2).

Добавление карбоната натрия, взятого в соотношении с безводной кремнефтористоводородной кислотой 0,5:1-1:1 мас.ч., увеличивает период гелеобразования в силикатной композиции до максимальной величины 311-480 мин без проявления усадочных деформаций при твердении образцов (см. табл.1 и 2). Дальнейшее добавление карбонатов щелочных металлов выше указанных отношений приводит к сокращению периода гелеобразования в растворах. С уменьшением величины добавки ее действие на процесс гелеобразования практически не проявляется или проявляется незначительно. Кроме того, в образцах таких растворов проявляются усадочные деформации до 30-40%.

Тампонажный раствор, полученный на основе жидкого стекла плотностью 1,15-1,45 г/см³ и коагулянта из 10-15%-ной кремнефтористоводородной кислоты (но без добавления карбоната) имеет период гелеобразования 0,1-10 мин, а прочность камня не более 4,2 МПа в суточном возрасте.

Использование более концентрированного жидкого стекла (плотностью 1,45 г/cм³) в сочетании со смесью на основе кремнефтористоводородной кислоты и карбонатов щелочных металлов позволяет увеличить период гелеобразования до 8 ч. В растворах с плотностью жидкого стекла 1,15 и 1,22 г/см³ и с добавлением карбонатов щелочных металлов период гелеобразования также обеспечивается в требуемых пределах.

Экспериментальным путем установлены граничные соотношения между смесью кремнефтористоводородной кислоты с карбонатом щелочного металла и жидким стеклом в пересчете на безводное состояние силиката натрия (силикат-глыбу) и кремнефтористоводородной кислоты (см. табл.1).

При соотношении безводных массовых частей H₂SiF₆:Na₂SiO₃ более чем 1:11 наступает неустойчивое гелеобразование ввиду недостаточного количества коагулянта по отношению к силикату натрия. Образцы геля разрушаются в воде или снижается их прочность.

При соотношении массовых частей H₂SiF₆:Na₂SiO₃ более чем 1:2,8 происходит кристаллообразование и расслоение смеси, поэтому оптимальным соотношением между смесью кремнефтористоводородной кислоты с карбонатом щелочного металла и жидким стеклом является 1:2,8-1:11 мас.ч., что соответствует 1: 0,5-1:3 об.ч.

Свойства тампонажного раствора и тампонажного камня, приготовленных по предлагаемому способу, показаны в табл.1 и 2.

П р и м е р 1. Для приготовления 1 л тампонажного раствора с соотношением карбоната натрия и безводной кремнефтористоводородной кислоты (мас.ч.) 1: 1, а жидкого стекла плотностью 1,45 г/см³ и коагулянта на основе 15%-ной кислоты с объемным соотношением 2:1 отмеряют 103 мл 40%-ной кремнефтористоводородной кислоты, 57,2 г карбоната натрия, 231 мл питьевой воды, 666 мл жидкого стекла (плотностью 1,45 г/см³).

Растворяют в воде карбонат натрия, добавляют в полученный раствор кремнефтористоводородную кислоту при перемешивании. По окончании газовыделения коагулянт вводят в жидкое стекло. Период гелеобразования в растворе составляет 92 мин. Механическую прочность на сжатие определяют на гидравлическом прессе ПГЛ-5, в 28-суточном возрасте она составляет 4,4 МПа.

П р и м е р 2. Для приготовления 1 л тампонажного раствора с соотношением карбоната натрия и безводной кремнефтористоводородной кислоты (мас.ч.) 1: 1, а жидкого стекла плотностью 1,45 г/см³ и коагулянта на основе 10%-ной кислоты с объемным отношением 0,5:1 отмеряют 129 мл 40%-ной кремнефтористоводородной кислоты, 71,5 г карбоната натрия, 537 мл питьевой воды, 334 мл жидкого стекла (плотностью 1,45 г/см³).

Растворяют в воде карбонат натрия, добавляют в раствор при перемешивании кислоту. По окончании газовыделения коагулянт вводят в жидкое стекло.

Период гелеобразования в растворе 51 мин, предел прочности образцов одноосному сжатию в 28-суточном возрасте составляет 1,4 МПа.

П р и м е р 3. Для приготовления 1 л тампонажного раствора с соотношением карбоната натрия и безводной кремнефтористоводородной кислоты (мас.ч.) 0,75: 1, а жидкого стекла плотностью 1,22 г/см³ и коагулянта на основе 10% -ной кислоты с объемным отношением 2:1 отмеряют 65 мл 40%-ной кремнефтористоводородной кислоты, 27 г карбоната натрия, 269 мл питьевой воды, 666 мл жидкого стекла (плотностью 1,22 г/см³).

Смешивают компоненты в установленном порядке (по примеру 1). Период гелеобразования составляет 25 мин, предел прочности образцов геля на одноосное сжатие в 28-суточном возрасте составляет 0,7 МПа.

П р и м е р 4. Для приготовления 1 л тампонажного раствора с соотношением карбоната натрия и кремнефтористоводородной кислоты (мас.ч.) 1:1, а жидкого стекла плотностью 1,15 г/см³ и коагулянта на основе 10%-ной кислоты с объемным отношением 3:1 отмеряют: 48,5 мл 40%-ной кремнефтористоводородной кислоты, 26,9 г карбоната натрия, 201,5 мл питьевой воды, 750 мл жидкого стекла (плотностью 1,15 г/см³).

Компоненты смешивают в установленном порядке (по примеру 1). Раствор имеет период гелеобразования 69 мин, предел прочности образцов геля на одноосное сжатие в 28-суточном возрасте 0,3 МПа.

П р и м е р 5. Для приготовления 1 л тампонажного раствора с соотношением карбоната калия и безводной кремнефтористоводородной кислоты (мас.ч.) 3: 1, а жидкого стекла плотностью 1,45 г/см³ и коагулянта на основе 10%-ной кислоты с объемным отношением 1:1 отмеряют 96,7 мл 40%-ной кремнефтористоводородной кислоты, 161,3 г карбоната калия, 403,3 мл питьевой воды, 500 мл жидкого стекла (плотностью 1,45 г/см³).

Компоненты смешивают в установленном порядке. Раствор имеет период гелеобразования 240 мин, предел прочности образцов сжатию в 28-суточном возрасте 6,3 МПа.

П р и м е р 6. Для приготовления 1 л тампонажного раствора с соотношением карбоната калия и безводной кремнефтористоводородной кислоты (мас.ч.) 2: 1, а жидкого стекла плотностью 1,15 г/см³ и коагулянта на основе 10%-ной кислоты с объемным отношением 1,5:1 отмеряют 77,5 мл 40%-ной кремнефтористоводородной кислоты, 86 г карбоната калия, 322,5 мл питьевой воды, 600 мл жидкого стекла (плотностью 1,15 г/см³).

Компоненты смешивают в установленном порядке. Раствор имеет период гелеобразования 48 мин, предел прочности геля в 28-суточном возрасте 0,2 МПа.

Использование предлагаемого способа позволяет технологически просто и надежно замедлять процесс гелеобразования в силикатном тампонажном растворе в требуемых пределах (от 0,1 до 4 ч и более), расширить диапазон рецептур силикатного раствора и условий его применения, использовать для приготовления тампонажных растворов концентpированные компоненты - жидкое стекло плотностью 1,45 г/см³ и кремнефтористоводородную кислоту 15%-ной концентрации и получать гели с пределом прочности на сжатие до 8,7 МПа, получать гели, у которых либо вовсе отсутствует усадочная деформация либо она оказывается незначительной.

Кроме того, добавление в кремнефтористоводородную кислоту карбонатов щелочных металлов приводит к снижению агрессивных свойств коагулянта, что делает его менее опасным в обращении и менее агрессивным по отношению к металлу, поэтому исключается необходимость применения кислотостойкого инъекционного оборудования.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для укрепления водоносных тонкотрещиноватых торных пород. Цель изобретения - расширение периода замедления гелеобразования и повышение прочности камня. Предварительно смешивают кремнефтористоводородную (КФВ) кислоту с карбонатом щелочного металла в кол-ве 0,5 - 3 к 1 мас.ч. КФВ-кислоты в пересчете на безводную. Затем полученную смесь смешивают с жидким стеклом в объемном соотношении 1 : 0,5 - 1,3. Введение в КФВ-кислоту карбоната позволяет замедлить процесс гелеобразования в силикатной композиции в более широком интервале. Использование способа позволяет расширить диапазон рецептур силикатного раствора и условия его применения и получить гели, у которых отсуствует усадочная деформация. Введение в КФВ-кислоту карбоната приводит к снижению агрессивных свойств коагулянта. 2 табл.

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА, включающий смешение жидкого стекла и кремнефтористоводородной кислоты, отличающийся тем, что, с целью расширения периода замедления гелеобразования и повышения прочности камня, в кремнефтористоводородную кислоту перед смешением с жидким стеклом дополнительно вводят карбонат щелочного металла в количестве 0,5-3 мас.ч. на 1 мас. ч. кремнефтористоводородной кислоты в пересчете на безводную, а жидкое стекло смешивают с полученной смесью в количестве 0,5 - 3,0 ч. к 1 ч. смеси по объему.