Вяжущие материалы

ЛЕКЦИЯ 9. Вяжущие материалы На основе силикатов и других материалов: Жидкое стекло 2Na2O · SiO2 - ортосиликат Na2O·SiO2- метосиликат Na2O·SiO2-дисиликат Na2O·nSiO2+H2O= NaOH+ SiO2 Силикатизация-действие жидкого стекла 2Na2O·SiO2+2CaCl2+ H2O= 2Ca SiO2·nH2O-гидросиликат кальция, образуется осадок Жидкое стекло-ускоритель схватывания, улучшает гидроизоляционные свойства. Гипс (CaSO4·2H2O) -вещество минерального происхождения, получаемое при нагревании природного гипсового камня. 2CaSO4·2H2O+to C (110-170°С)= 2CaSO4·0,5 H2O+ 3H2O Полуводный строительный гипс-вещество, обладающее высокой активностью при контакте с водой, интенсивно твердеет как самостоятельное вещество, так и как добавкав цементных растворов. CaSO4·0,5 H2O+ H2O= CaSO4·2H2O+ H2O-вторичный двухводный гипс Алебастр - CaSO4·0,5 H2O -мелкозернистая разновидность гипса (из справочника по минералогии). Недостатки: -Высокая скорость твердения; -Низкая стойкость камня в условиях агрессии подземных вод; -Могут применятся только в условиях низких пластовых давлений; -Размягчается только в условиях подземных вод. Плюсы: -Хорошо сочетается в ТС любого состава; -Ускоряет схватывание; -Увеличение объема при твердении, т.е. может использоваться как расширитель при твердении цементных тампонажных смесей; -Возможность применения в качестве быстросхватывающихся смесей; -Используется для оперативного тампонирования. Известь Белое вещество, хорошо дающее раствор в виде молочно-белой эмульсии. CaCO3 - мергелистый известняк (глиносодержащий) CaCO3 +Al2O3·2SiO2·2H2O+Fe2O3 Получается при нагревании известняка CaCO3 + Q (t 900C) → CaO + CO2↑ + H2O При нагревании глинистые минералы разлагаются CaO·Al2O3 и CaO·Fe2O3 - разложениеглин и получение однокольцевых соединений: CaO+CaO* Al2O3 + CaO* Fe2O3+ H2O CaO * Al2O3 *H2O - гидроалюминаткальция CaO * Fe2O3 *H2O - гидроферриткальция Известь может использоваться как базовое вяжущее вещество, обладающие рядом полезных свойств. Используется в составе известковых и комбинированных ТС. Известь обладает антисептическими свойствами. Предпочтение должно отдаваться известковым растворам при тампонировании водозаборных скважин. Глина Структурообразователь в составе ТС на основе натуральных минеральных материалов. Усиливает коагулирующеедействиецементных растворов, используется в качестве наполнителя в составе других ТС в том числе, на основе органических веществ. Используется для башмачного тампонирования (забрасывание на забой глинистых шариков). Материалы органического происхождения - получаются путем синтеза из исходных форм органического происхождения: высокомолекулярные смолы, латексы, битумы, извлекаемые в результате переработки природных форм, лигносульфонаты (ССБ, СДБ, ГИПАН, ГПАА, КМЦ), поливиниловые кислоты. Преимущества: - Низкая плотность и широкая возможность ее регулирования от утяжеления до аэрирования; - Возможность регулирования сроков схватывания; - Способность фильтрующейся жидкости затвердевать; - Адгезия (сцепляемость) тампонажного камня с ГП; - Высокая седиментационная устойчивость; - Отсутствие усадки при твердении; - Отсутствие контракции (уменьшение объема); - Полная непроницаемость камня; - Инертность шлама к промывочной жидкости; - Отсутствие агрессивного действия флюидов на цементный камень; - Возможность применения материалов органического происхождения для модификаций; - С помощью материалов органического происхождения можно улучшать подвижность ТС, то есть снижать гидравлические сопротивления (снижение эффективной вязкости); - Способность улучшать прокачиваемость ТС, способность заполнять поры и трещины; - Улучшает эластичность камня в условиях динамических нагрузок; - Усиление прочности твердеющего камня. Модификация тампонажных смесей при добавках полимеров: • увеличивается подвижность тампонажных смесей • увеличивается прокачиваемость • снижается проницаемость тампонажного камня • повышается эластичность • осуществляется армирование камня волокнами полимеров 1. Синтетические смолы – это смесь высокомолекулярных соединений, чаще всего: 1.1. Карбамидные смолы – продукт конденсации мочевины карбамида с формальдегидом (газ – CH2O; CH2O + вода – водный раствор – формалин) 1.2. Фенолформальдегидные смолы ( C6Н5ОН – фенол) + CH2O 1.3. Алкилрезорциновые смолы – наиболее часто используют товарные продукты: • МФ – мочевиноформальдегидная • МФФ – мочевинофармальдегидная фурфурольная • ММФ – мелимано-мочевино формальдегидная • КФ – карбамлидно формальдегидная Смолы имеют плотность 1,17 ÷ 1,5 г/см3 Цвет – от белого до темно-коричневого Консистенция – жидкость сиропоподобная Часто применяют экоксидные смолы, т.к.: • стойкие к агрессии солей; • не дают усадки при твердении • твердеют без выделения летучих компонентов Отвердители смол экоксидных: • карбоновые кислоты (RCOOH) • карбомлидные смолы Применяют чаще экоксиднодиановые смолы: ЭД-5 и ЭД-6 Отвердители смол: • кислота щавелевая • кислота лимонная • кислота соляная • кислота фосфорная Соли: • хлорное железо • хлорный цинк • хлористый аммоний Недостатки синтетических смол: • слабое средство с глинистой коркой • плохо смываются с инструмента и оборудования при промывке Это устраняется: • за счет ввода минеральных добавок: глины, цемента, песка Наполнители для смесей на основе синтетических смол: Что дают: • снижают усадки • уменьшают количество летучих компонентов • уменьшают растекаемость по каналам • снижают расход смеси и вяжущего Наполнители – любые отходы, удовлетворяющие требованиям: • инертность к исходному материалу • определенный размер зерен • недефицитные материалы а) Волокнистые материалы: • растительного происхождения: • очесы хлопка • торф, мох • отходы кожи • отходы кордного волокна • минерального происхождения: • асбестовые волокна • стеклянные волокна б) чешуйтые: • отходы слюды • отходы целлофана • рыбья чешуя в) зернистые: • грубый бентонит • измельченная резина • ореховая скорлупа 2. Латекс – синтетический, получаемый путем эмульсионной полимеризации плотность 0,96-0,97 г/см3 - белая, кремовая жидкость, содержащая: • воды - до 56% • каучука – до 37% • белков - 2÷2,5% • смол – 1,5÷3,5% • сахар, жирные кислоты – остальное твердые 3. Битум полутвердые жидкие 1) БН – нефтяные, получаемые при переработке - твердые и полутвердые (твердые нефти – высокомолекулярные, полутвердые – органические соединения) • масла – низкомолекулярные соединения, до 0,93 г/см3 • смолы – плотность ~1г/см3, хорошо растворимы в бензине, бензоле • асфальтены – твердые и хрупкие, растворимы в бензоле • и другие Чем больше асфальтенов, тем выше температура размягчения битумов. 2) Природные битумы – чаще всего в виде асфальтита (камень, т.к. минеральные добавки), очевидно масел и смол мало – больше асфальтенов – минеральных добавок; выше плотность, чем у нефтяных. Асфальтит – это • битуминозные песчаники • битуминозные известняки или асфальтитовая порода, или битуминозные смолы из асфальтитов (породы из которых извлекают битумы) Свойства битумов: • нерастворимы в воде • водонепроницаемые • эластичные • обладают вяжущей способностью • хороши для гидроизоляции Битумы вязкие тела – текут (расплавляются) под действием перепада давления. Чистые битумы – вязкие тела, которые текут (расплавляются) под действием перепада давления в скважине даже в твердом виде: • плохо разбуриваются • налипают на буровой инструмент Получают из битумных сланцев. БС – битумы сланцевые, вязкие БЖС – битумы сланцевые жидкие: • битуминозный песчаник • битуминозный известняк Битумы – вязкие вещества, текут под воздействием перепада давления, плотность 1,0÷1,3 г/см3 4. Лигносульфонаты – в виде вязкоупругих тампонажных смесей (ВУТС), ССБ и СДБ – при взаимодействии с солями поливалентных металлов они образуют водонерастворимый гель, который со временем переходит в твердообразную нетекучую массу.