Способ получения утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам получения утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента.

Известен способ получения быстро- твердеющего расширяющегося цемента, когда в шлаковый расплав с модулем основности выше 1 вводится 5-30 мас.% щелочных квасцовых пород с содержанием основного вещества выше 70%, а измельчение ведут до удельной поверхности 2500- 4500см2/г 1.

Однако при этом расширение твердеющего камня имеет место лишь до температуры 80-90°С, так как положенный в основу этого процесса высокоосновной гидросульфоалюминат кальция, соответствующий природному эттрингиту, (ЗСаО -ЗСаЗОз -31-32 Н20) выше указанной температуры начинает разрушаться. К тому же минимальные квасцовые породы имеют сравнительно ограниченное распространение, так что промышленных разработок, наиболее популярных из них алунитов и ярозитов, мало.

Целью данного изобретения является повышение плотности тампонажного цемента, увеличение объемных размеров, в го- ризонтальных условиях, при высоких температурах и повышение активности.

Поставленная цель достигается путем ввода в образовавшийся при плавке сульфидных свинцовых руд огненно-жидкий шлак магнезиальных карбонатов, например доломитов, с содержанием окиси магния (МдО) не ниже 15% в количестве 10-20 мас.%. При этом утяжеление расплава происходит за счет наличия закиси железа и остатков металлов, рост гидравлической активности за счет гранулирования, а увеличение объема при гидратации за счет образования гелеобразной гидроокиси магния (Мд(ОН)2).

Процесс термической обработки как правило производится rifa спекательных решетках путем просасывания воздуха через нагретый слой шихты, содержащий, кроме концентрата, флюсы (кварц, известняк, железная руда).

И t

ч о XI

ел с

Ma

- 0,57.

При окислении сульфидов выделяется тепло, благодаря чему и происходит частичное сплавление шихты. Сама плавка агломерата ведется в шахтной (ватержакетной) печи при температуре 1500°С в смеси. Шлаковый расплав скапливается в фурме при температуре 1100-1200°С, куда и подаются магнезиальные карбонатные породы, например доломиты, магнезиальные и доло- митизированныеизвестняки,

высококальциевые магнезиальные и доло- митизированные мергеля.

Затем огненно-жидкая масса при охлаждении проходит водную грануляцию, при которой быстрота охлаждения составляет 10-30 с. Застывшей стекловидной (аморфной) шлаковой массе дают подсохнуть и направляют на помол. Измельчение производится в шаровых или роликовых мельницах.

Усредненный состав шлаковой массы при выплавке свинца имеет следующий вид, %: Si02 29,74; 5,49; СаО 16,98; FeO 25,14; MgO 2,12; Pb 1.83; Zn 13,74; Си 0,6.

Mo - % СаО + % MgO

то % Si02 + % AI2 Оз

%А12Оз П1о % СаО % SiC-2% SI02

Основными силикатами первичных свинцовых шлаков являются оливин, фаялит и монтичеллит с виллемитом и твердыми растворами эти минералов.

В таком первичном свинцовом шлаковом расплаве присутствуютмелилит, юстит, пироксены, цинковая шпинель, магнетит, а среди сульфидов - вюртцит, цинковая обманка и пирротин, в цинксодержащих шлаках всегда присутствует гардистонит Ca2Zn(Si207).

Сырьем для проведения плавки, кроме сульфидных рудных образований, в такой руде могут присутствовать плюмбоферрит (РЬРезО), плюмалсит (PbiCaiMg)4 (AHFefc (ЗЮз) и плюмбоярозит Pb Fe б(ОН)е t(S04J2 2, что технологический процесс плав- ки не меняет, как и получение основы предлагаемого состава утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента, однако присутствие плюмбоярозита наиболее желательно.

При резком охлаждении (10-30 с) такой гранулированный основной шлаковый материал застывает в виде шлакового стекла, в аморфном (псевдокристаллическом) состоянии, что и обусловливает его повышенную гидратационную активность.

В отличие от прототипа образующийся при резком охлаждении гранулированный шлак имеет высокую плотность (4,3-4,5

0

5

г/см3), наряду с этим большую гидратационную способность.

Такой шлак в гидротермальных условиях способен самостоятельно твердеть, образуя плотный и прочный камень, имеющий к тому же повышенную коррозионную стойкость в условиях агрессивных минерализованных вод.

П р и м е р. В шлаковый расплав свинцового (свинцовоцинкового) шлака Чимкентского свинцового завода, имеющего состав, %: SI02 29,74; ,49; СаО 16,98; FeO 25,14; MgO 2,12; Pb 1,83;Zn 13,74; Си 0,6 и соответственно модули основности и активности 0,54 и 0,18 при отношении % СаО

ОТ

, составляющем 0,567, добавлялся до

45

20

25

30

35

40

50

55

ломит Кувасайского отвального карьера с содержанием MgO после прокаливания 17,1% и СаО 20,35% в количестве 15 мае.%. После ввода в шлаковый расплав доломита производилось быстрое охлаждение в воде. Скорость такого охлаждения составляла 20 с.

Затем гранулированный свинцовоцин- ковый шлак, имеющий плотность 4,27 г/см3, измельчался в шаровой мельнице до удельной поверхности 3600 см2/г по воздухопроницаемости на приборе Т-3 (по В.В.Товарову).

Из полученного шлакового утяжеленного цемента после ввода 0,35 мас.% суперпластификатора С-3 (нафта- линформальдегидная сульфокислота) и 1% интенсификатора твердения (фторсульфо- нокислого аммония) готовят образцы - ба- лочки 4x4x16 см.

Испытание механической прочности на изгиб и сжатие проводили соответственно на приборе МИ-100 и гидравлическом прессе ПГ-50.

Водосодержание составов при растека- емости 18 см составляло 26%.

Результатами испытания механической прочности на изгиб и сжатие образцов-ба- лочек после твердения в автоклавных условиях при температуре 75°С и давлении 25 МПа являлись соответственно показатели через сутки 3,55 и 16,6 МПа, через 3 сут 8,09 и 29,2 МПа.

Тот же состав после твердения в автоклавных условиях при температуре 130°С и давлении 50 МПа показал соответственно через сутки 4,22 и 10,7 МПа, через 3 сут 9,79 и 33,4 МПа.

Тот же состав после твердения в автоклавных условиях ри температуре 160°С и давлении 70 МПа показал соответственно

через сутки 5,19 и 12,5 МПа, через 3 сут 12,0 и 41,1 МПа.

Тот же состав после твердения в автоклавных условиях при температуре 200°С и давлении 80 МПа показал соответственно через сутки 4,87 и 15,3 МПа, через 3 сут 13,45 и 44,7 МПа.

Тот же состав после твердения в автоклавных условиях при температуре 240°С и давлении 90 МПа показал соответственно через сутки 5,12 и 16,85 МПа, через 3 сут 14,8 и 46.3 МПа.

Испытания объемных изменений при твердении по методике Гипроцемента показывает, что расширение шлакового камня при твердении в 3-суточном возрасте составляло в автоклавных условиях при температуре и давлении соответственно: при температуре 75°С и давлении 25 МПа 0,13%, при температуре 130°С и давлении 40 МПа 0,08%, при температуре 160°С и давлении 70 МПа 0,05%, при температуре 200°С и давлении 80 МПа 0,03%, при температуре 240°С и давлении 90 МПа 0,02%.

Замена доломита на магнезит и повышение содержания в расплаве МдО после ввода магнезиальных карбонатов увеличивает объемные изменения, однако превышение его выше предельного - 20 мас.% при содержании не ниже 15% начинает сни-. жать прочностные показатели. Нижний предел вводимых в расплав магнезиальных карбонатов обуславливается снижением способности к увеличению объемных изменений и, следовательно, эффективности для достижения цели технического решения.

Механическая прочность образцов-ба- лочек 4x4x16 см, полученных в идентичных условиях на измельченном первичном свин- цовоцинковом гранулированном шлаке, характеризовалась по прочности на изгиб и сжатие соответственно температурами: при 130°С и давлении 40 МПа 1,67 и 3,66 МПа, при 160°С и давлении 70 МПа 2,74 и 7,3 МПа,

с повышением температуры эти показатели увеличивались и составляли соответственно при 200°С и давлении 80 МПа 4,49 и 13,85

МПа, при 240°С и давлении 90 МПа 5,63 и 15,9 МПа.

В изломе, образующемся при твердении, шлаковый камень был однороден при мелкокристаллической кристаллизацией, в значительной мере определяющем высокие прочностные показатели образцов.

Формула изобретения Способ получения утяжеленного расширяющегося тампонажного цемента с плотностью до 4 г/см3 путем введения в шлаковый расплав с основностью выше 1 минеральной породы, последующего ох- лаждения со скоростью 10-30 с и помола до удельной поверхности 3500-4500 см2/г, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности, увеличения объемных размеров в гидротермальных условиях при высоких температурах и повышения активности, в качестве минеральной породы вводят магнезиальные карбонаты с содержанием оксида магния 15-20% в количестве 10-20%.

Изобретение относится к способам приготовления утяжеленных расширяющихся тампонажных цементов и может быть использовано для крепления нефтяных и газовых скважин с аномально высокими пластовыми давлениями. Сущность изобретения: в образовавшийся при плавке сульфидных свинцовоцинковых руд вводят огненно-жидкий шлак магнезиальных карбонатов с содержанием окиси магния не ниже 15% в количестве 10-20%.