RU2784799C1 - Plugging and injection waterproofing material for cementing operations in underground formations - Google Patents

Plugging and injection waterproofing material for cementing operations in underground formations Download PDF

Info

Publication number
RU2784799C1
RU2784799C1 RU2022110412A RU2022110412A RU2784799C1 RU 2784799 C1 RU2784799 C1 RU 2784799C1 RU 2022110412 A RU2022110412 A RU 2022110412A RU 2022110412 A RU2022110412 A RU 2022110412A RU 2784799 C1 RU2784799 C1 RU 2784799C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
cement
plugging
injection
aluminum powder
Prior art date
Application number
RU2022110412A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Розаинович Мошков
Original Assignee
Игорь Розаинович Мошков
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Розаинович Мошков filed Critical Игорь Розаинович Мошков
Application granted granted Critical
Publication of RU2784799C1 publication Critical patent/RU2784799C1/en

Links

Abstract

FIELD: fast-setting modified grouting mixtures.
SUBSTANCE: invention relates to fast-setting modified grouting mixtures on a cement binder for the rapid fixing of unstable rock masses, plugging wells and stopping water inflows in rock masses and building structures for general construction, hydraulic engineering purposes, enclosing structures of various types using drilling injection technologies. Plugging-injection waterproofing material for cementing operations in underground formations includes components in the following ratio, wt.%: the specified Portland cement 75-85.13; anhydride G5 B-2 5-10; hyperplasticizer RS 1701 0.1-0.18; tartaric acid 0.01-0.06; cellulose ether P100 0.06-0.15; aluminum powder 0.01-0.1; calcium chloride 0.5-2.0; bentonite powder 1-5; water repellent 0.08-0.15; aluminous cement 8-10; soda ash 0.1-0.5; aluminum powder 0.01-0.1.
EFFECT: obtaining a quickly losing mobility and fast-hardening mixture, which has high resistance to the aggressive effects of groundwater, resistance to erosion, chemical aggression, and has waterproofing properties.
1 cl

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к быстросхватывающимся, модифицированным тампонажным смесям на цементном вяжущем для оперативного закрепления неустойчивых массивов горных пород, тампонажа скважин и остановки водопритоков в горных массивах и строительных конструкциях общестроительного, гидротехнического назначения, ограждающих конструкций различных типов с применением буроинъекционных технологий. Указанная многофункциональная смесь может также найти применение при строительстве гидротехнических сооружений, устройства противофильтрационных завес, горной промышленности, бурении скважин и ликвидации аварийных состояний при бурении скважин, ликвидации динамики воды в подземных формациях (карстовые пустоты, скважины, трещины горных пород). Применяется в стандартном исполнении и в исполнении с расширяющимся эффектом.The present invention relates to fast-setting, modified grouting mixtures on a cement binder for the operational fixing of unstable rock masses, plugging wells and stopping water inflows in rock masses and building structures for general construction, hydraulic engineering purposes, enclosing structures of various types using drilling injection technologies. The specified multifunctional mixture can also be used in the construction of hydraulic structures, installation of impervious curtains, mining, drilling wells and liquidation of emergency conditions during well drilling, liquidation of water dynamics in underground formations (karst voids, wells, rock cracks). It is used in the standard version and in the version with expanding effect.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Из уровня техники известны различные композиции для тампонажных работ в подземных формациях. В частности, известен тампонажный материал, раскрытый в патенте RU 2235857, опубликованном 10.09.2004, который включает портландцемент, расширяющуюся добавку, гипс, ускоритель твердения, пластификатор, в качестве расширяющейся добавки содержит, по крайней мере, одну добавку из группы: глиноземистый, сульфоалюминатный цемент, алюминатсодержащие отходы-шлаки от производства ферротитана, ферробора, вторичной переплавки алюминия, в качестве пластификатора – смесь триэтаноламина и кремнеземсодержащей добавки многофункционального действия - КМХ в соотношении от 1:1 до 1:10 и облегчающую добавку, в качестве которой используют алюмосиликатные микросферы, или микрокремнезем, или вспученный вермикулит, или вспученный перлит при следующем соотношении компонентов тампонажного материала, мас.%: расширяющаяся добавка 2-15; гипс 7-9; ускоритель твердения 2-8; указанный пластификатор 0.3-0.8; облегчающая добавка 3-10; портландцемент – остальное. В качестве ускорителя твердения тампонажный материал может содержать хлористую соль щелочного или щелочноземельного элементов.Various compositions for plugging operations in underground formations are known from the prior art. In particular, a plugging material is known, disclosed in patent RU 2235857, published on September 10, 2004, which includes Portland cement, an expanding additive, gypsum, a hardening accelerator, a plasticizer, as an expanding additive contains at least one additive from the group: aluminous, sulfoaluminate cement, aluminate-containing waste-slags from the production of ferrotitanium, ferroboron, secondary remelting of aluminum, as a plasticizer - a mixture of triethanolamine and a silica-containing multifunctional additive - KMC in a ratio of 1:1 to 1:10 and a lightening additive, which is used as aluminosilicate microspheres, or microsilica, or expanded vermiculite, or expanded perlite in the following ratio of the components of the backfill material, wt.%: expandable additive 2-15; plaster 7-9; hardening accelerator 2-8; specified plasticizer 0.3-0.8; lightening agent 3-10; Portland cement - the rest. As a hardening accelerator, the plugging material may contain a chloride salt of an alkaline or alkaline earth element.

Недостатками данного технического решения являются высокая плотность тампонажного раствора, а также невысокие прочностные и адгезионные характеристики цементного камня.The disadvantages of this technical solution are the high density of the cement slurry, as well as the low strength and adhesive characteristics of the cement stone.

Также из уровня техники известна тампонажная композиция, раскрытая в патенте на изобретение RU 2399643, опубликованном 20.09.2010, содержащая, мас. %: портландцемент тампонажный 65,9-69,5; водорастворимый полимер 0,1-0,5; комплексную минеральную добавку - КМД-СО, следующего химического состава, мас. %: SiO2 55,0-70,0; Al2O3 16,0-25,0; Fe2O3 1,0-4,0; СаО 10,0-20,0; MgO 0,1-3,5; Na2O 0,1-1,4; K2O 0,2-3,5; TiO2 0,6-1,5 с размером частиц не более 500 мкм – остальное.Also known from the prior art cementing composition, disclosed in the patent for the invention RU 2399643, published 20.09.2010, containing, wt. %: oil-well portland cement 65.9-69.5; water-soluble polymer 0.1-0.5; complex mineral additive - KMD-SO, the following chemical composition, wt. %: SiO2 55.0-70.0; Al2O3 16.0-25.0; Fe2O3 1.0-4.0; CaO 10.0-20.0; MgO 0.1-3.5; Na2O 0.1-1.4; K2O 0.2-3.5; TiO2 0.6-1.5 with a particle size of not more than 500 microns - the rest.

К недостаткам известной тампонажной смеси относится низкая плотность и недостаточная стойкость к коррозионному воздействию полиминеральных пластовых вод высокой степени минерализации.The disadvantages of the well-known cement mixture is the low density and lack of resistance to corrosion polymineral formation waters with a high degree of mineralization.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является 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.The closest set of essential features to the claimed invention is a composition for plugging operations in underground formations, disclosed in the application for invention US 2003/150,615, published on August 14, 2003, which contains cement, for example, slag, in an amount of at least 50 wt. .%, calcium chloride - 0.2-12 wt.%, additive for controlling fluid loss - 0.2-8 wt.%, plasticizer - 0.2-8 wt.%, silica filler - 20-60 wt. % by weight of cement and mixing water. This composition is fast-hardening and after curing has increased strength and chemical resistance.

К недостаткам данной композиции относится то, что она не является расширяющейся и имеет недостаточно высокую эффективность при заполнении свободного пространства, не применима в технологии струйной цементации, не используется для изготовления противофильтрационных завес и остановке активных водопритоков. Данная композиция является быстротвердеющей и имеет пониженную плотность, а также за счет наполнителей не применима при технологии струйной цементации, не обладает подвижностью, обеспечивающей проникающую способность в различных типах грунтов. Не обладает повышенной стойкостью к размыву грунтовыми и иными типами вод. The disadvantages of this composition include the fact that it is not expanding and has insufficiently high efficiency when filling free space, is not applicable in the technology of jet grouting, is not used for the manufacture of impervious curtains and stopping active water inflows. This composition is fast-hardening and has a reduced density, and due to fillers it is not applicable for jet grouting technology, it does not have mobility that provides penetrating ability in various types of soils. It does not have increased resistance to erosion by ground and other types of water.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является получение быстросхватывающеогося, гидроизоляционного, модифицирующего грунты материала, в стандартном исполнении с коэффициентом расширения до 3% от исходного объема раствора применяемого в качестве гидроизоляционного инъекционного быстросхватывающегося материала с повышенными прочностными характеристиками конечного камня и грунто-миннерального материала получаемого в процессе применения и расширяющегося материала (маркировка «Р»)с коэффициентом расширения до 10-15 % от исходного объема применяемого в качестве быстросхватывающегося гидроизоляционного инъекционного материала применение которого обеспечивает дополнительное уплотнение грунтов заполняемых подземных формаций, эффективное заполнение трещин и пустот обуславливаемое дополнительным давлением образуемым в процессе увеличения объема, устойчивого к негативным внешним воздействиям динамики воды, размыву, агрессиям различного генезиса. The objective of the present invention is to obtain a quick-setting, waterproofing, soil-modifying material, in a standard version with an expansion coefficient of up to 3% of the initial volume of the solution used as a waterproofing injection quick-setting material with increased strength characteristics of the final stone and soil-mineral material obtained in the process of application and expanding material (marked "P") with an expansion coefficient of up to 10-15% of the original volume used as a quick-setting waterproofing injection material, the use of which provides additional compaction of soils of filled underground formations, effective filling of cracks and voids due to additional pressure generated in the process of increasing volume, stable to negative external influences of water dynamics, erosion, aggressions of various genesis.

Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является получение быстро теряющей подвижность и быстротвердеющей смеси, обладающей высокой стойкостью к агрессивному воздействию грунтовых вод, стойкостью к размыву, химической агрессии, обладающей гидроизоляционными свойствами, возможностью использования с большинством типов бурового, цементационного и инъекционного оборудования, расширяющейся в заданных объемах при необходимости, в качестве тампонажного и гидроизоляционного инъекционного материала.The technical result achieved in solving the task is to obtain a rapidly losing mobility and rapidly hardening mixture, which is highly resistant to the aggressive effects of groundwater, washout, chemical aggression, has waterproofing properties, can be used with most types of drilling, cementation and injection equipment, expanding in given volumes, if necessary, as a grouting and waterproofing injection material.

Основным показателем применимости материала с различными буро-инъекционными технологиями, различным буровым и цементационным оборудованием является соблюдение требований по подвижности раствора, с водо-твердым соотношением В/Т = 0,4-05 не менее П1-П2 для инъекционных растворов, П2-П3 для водо-твердого соотношения В/Т = 0,7-0,8 при струйной цементации и скорости потери подвижности свежеприготовленного раствора не менее 15 мин, обеспечивающих технологический цикл приготовления и нагнетания раствора с применением плунжерных, поршневых и иных типов насосов. Данный показатель обеспечивается соблюдением концентрации ускорителей и замедлителей процессов набора прочности и потери подвижности.The main indicator of the applicability of the material with various drilling-injection technologies, various drilling and cementing equipment is compliance with the requirements for the mobility of the solution, with a water-solid ratio W / T = 0.4-05 not less than P1-P2 for injection solutions, P2-P3 for water-solid ratio W/T = 0.7-0.8 during jet grouting and the rate of loss of mobility of a freshly prepared solution for at least 15 minutes, providing a technological cycle for preparing and injecting a solution using plunger, piston and other types of pumps. This indicator is ensured by compliance with the concentration of accelerators and retarders of the processes of strength gain and loss of mobility.

Результатом применении раствора с расширением свыше 5 % от исходного объема, зависящего от В/Т раствора и температуры применения, является уплотнение вмещающих формацию грунтов и строительных конструкций. Получение раствора, быстро теряющего подвижность и набирающей прочность, обладающего высокой стойкостью к агрессивному воздействию грунтовых вод, стойкостью к размыву, химической агрессии, обладающей высокими гидроизоляционными свойствами.The result of applying a mortar with an expansion of more than 5% of the initial volume, depending on the W/T mortar and the application temperature, is the compaction of the soils enclosing the formation and building structures. Obtaining a solution that quickly loses mobility and gains strength, has high resistance to the aggressive effects of groundwater, resistance to erosion, chemical aggression, and has high waterproofing properties.

Указанный технический результат достигается за счет того, что тампонажно-инъекционный гидроизоляционный материал для операций цементирования в подземных формациях, включающий портландцемент, минеральные добавки, гиперпластификатор, реагент для обеспечения газообразования, формиат или хлорид кальция, содержит портландцемент бездобавочный типа ЦЕМ 1 класса 42,5 (М500), ангидрид Г5 Б-2, в качестве минеральных добавок – бентонитовый порошок и глиноземистый цемент, в качестве указанного гиперпластификатора – РС 1701, в качестве реагента для газообразования – алюминиевую пудру и дополнительно винную кислоту в качестве регулятора скорости потери подвижности раствора, гидрофобизатор в качестве реагента, обеспечивающего дополнительную капилярную водонепронецаемость, эфир целлюлозы Р100 и бентонитвый порошок в качестве стабилизатора и гидроизолирующего элемента, соду кальцинированную и алюминиевый порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%: The specified technical result is achieved due to the fact that the grouting-injection waterproofing material for cementing operations in underground formations, including Portland cement, mineral additives, a hyperplasticizer, a gas generation agent, formate or calcium chloride, contains Portland cement without additives of the CEM 1 class 42.5 ( M500), anhydride G5 B-2, as mineral additives - bentonite powder and aluminous cement, as the indicated hyperplasticizer - RS 1701, as a reagent for gas formation - aluminum powder and additionally tartaric acid as a regulator of the rate of loss of mobility of the solution, water repellent in as a reagent providing additional capillary water resistance, cellulose ether P100 and bentonite powder as a stabilizer and waterproofing element, soda ash and aluminum powder in the following ratio, wt.%:

указанный портландцемент specified portland cement 75-9075-90 ангидрид Г5 Б-2 anhydride G5 B-2 5-105-10 гиперпластификатор РС 1701 hyperplasticizer RS 1701 0,1-0,180.1-0.18 винная кислота wine acid 0,01-0,060.01-0.06 эфир целлюлозы Р100 cellulose ether R100 0,06-0,150.06-0.15 алюминиевая пудра aluminum powder 0,01-0,10.01-0.1 хлорид кальция calcium chloride 0,5-2,00.5-2.0 бентонитовый порошок bentonite powder 1-51-5 гидрофобизатор water repellent 0,08-0,150.08-0.15 глиноземистый цемент aluminous cement 8-108-10 сода кальцинированная soda ash 0,1-0,50.1-0.5 порошок алюминиевый aluminum powder 0,01-0,10.01-0.1

Основой тампонажно-инъекционного гидроизоляционного материала для операций цементирования в подземных формациях является портландцемент бездобавочный типа ЦЕМ I 42,5 Н (М500). Глиноземистый цемент ГЦ 40,50,60, совместно с ангидридом Г5 Б-2, кальцинированной содой Na2CO3 и хлоридом кальция СаСl2 позволяет обеспечить следующие характеристики тампонажно-инъекционного гидроизоляционного материала: регулирование скорости потери подвижности раствора смеси и скорости первичного набора прочности. При этом добавление ангидрида марки Г5 Б-2 в концентрации 8 мас.%, ГЦ 60 – 10 мас.% и хлористого кальция мас.% 2,0 обеспечивает ускорение потери первичного набора прочности раствора на 47 %. The basis of the grouting-injection waterproofing material for cementing operations in underground formations is Portland cement without additives of the CEM I 42.5 N (M500) type. Aluminous cement GTs 40,50,60, together with anhydride G5 B-2, soda ash Na 2 CO 3 and calcium chloride CaCl 2 , allows to provide the following characteristics of the grouting-injection waterproofing material: regulation of the rate of loss of mobility of the mixture solution and the rate of primary strength development. At the same time, the addition of anhydride grade G5 B-2 at a concentration of 8 wt.%, HZ 60 - 10 wt.% and calcium chloride wt.% 2.0 accelerates the loss of primary strength development of the solution by 47%.

Задачи, выполняемые гиперпластификатором РС 1701 на основе поликарбоксилата в тампонажно-инъекционном гидроизоляционном материале, сводятся к повышению подвижности (растекаемости) раствора и снижению его структурной (пластической) вязкости, обеспечивающей высокую проникающую способность и возможность применения в качестве рабочей жидкости при струйной цементации грунтов Jetgrouting. Если гиперпластификатора менее 0,1 мас.%, то подвижность раствора с водотвердым соотношением В/Т=0,6 по методике Аз НИИ ГОСТ 59538 соответствует показателю П2 (18-24 см), если содержание гиперпластификатора более 0,85 мас.% при аналогичных условиях, то подвижность раствора соответствует значениям П3 (24-30 см).The tasks performed by the PC 1701 hyperplasticizer based on polycarboxylate in the grouting-injection waterproofing material are reduced to increasing the mobility (spreadability) of the solution and reducing its structural (plastic) viscosity, which provides high penetrating power and the possibility of using it as a working fluid for jet grouting of Jetgrouting soils. If the hyperplasticizer is less than 0.1 wt.%, then the mobility of the solution with a water-solid ratio W / T = 0.6 according to the method of Az NII GOST 59538 corresponds to P2 (18-24 cm), if the hyperplasticizer content is more than 0.85 wt.% at similar conditions, then the mobility of the solution corresponds to the values of P3 (24-30 cm).

За счет добавки винной кислоты обеспечивается оперативное регулировние значений скорости потери подвижности при фиксированных значениях концентраций реагентов регуляторов скорости потери подвижности и набора прочности (ГЦ, ангидрит, хлористый кальций, сода – const). Недостаток винной кислоты (менее 0,01 мас.%) может привести к тому, что сроки потеря подвижности раствора при В/Т=0,45 может быть меньше 15 мин. и обуславливать невозможность технологического применения раствора, а её избыток (более 0,06 мас.%), при аналогичных условиях значительное замедление первичного набора прочности и потери подвижности, снижению потребительских свойств рабочего раствора.Due to the addition of tartaric acid, rapid regulation of the values of the rate of loss of mobility is provided at fixed values of the concentrations of reagents that regulate the rate of loss of mobility and strength gain (HC, anhydrite, calcium chloride, soda - const). The lack of tartaric acid (less than 0.01 wt.%) can lead to the fact that the terms of the loss of mobility of the solution at W / T = 0.45 can be less than 15 minutes. and to cause the impossibility of the technological application of the solution, and its excess (more than 0.06 wt.%), under similar conditions, a significant slowdown in the initial set of strength and loss of mobility, a decrease in the consumer properties of the working solution.

Наличие в заявляемом материале бентонитового порошка способствует стабилизации раствора. При внесении бентонитового порошка менее 1 мас.% происходит потеря стабильностьи раствора, обеспечиваемой совместно со стабилизаторами и структурообразователями (эфир целлюлозы Р100), происходит расслоение раствора и оседание твердой фракции при В/Т =0,8, а при внесении бентонитового минерального порошка более 5мас.% происходит резкое загустевание раствора, создание плотной коллоидной системы с вязкостью по воронке Марша при В/Т=0,8 свыше 160 с. и, как следствие, невозможность применения в технологиях струйной цементации, но повышающую водонепроницаемость раствора выше показателей W=16.The presence in the claimed material of bentonite powder contributes to the stabilization of the solution. When adding bentonite powder less than 1 wt.%, there is a loss of stability of the solution, provided together with stabilizers and structure-forming agents (cellulose ether P100), the solution is stratified and the solid fraction settles at W / T = 0.8, and when bentonite mineral powder is added more than 5 wt. .% there is a sharp thickening of the solution, the creation of a dense colloidal system with a viscosity according to the Marsh funnel at B/T=0.8 over 160 s. and, as a result, the impossibility of using in jet grouting technologies, but increasing the water resistance of the solution above W=16.

Ввод алюминиевой пудры позволит обеспечить безусадочность раствора с расширением до 3% max при содержании реагента не более 0,01 мас.% для материала в стандартном исполнении. Для материала в расширяющемся исполнении с маркировкой «Р» концентрация реагента составляет до 0,1 мас.%, что соответствует значениям расширения раствора материала от 10 до 15 % от исходного объема (зависит от вязкости и скорости потери подвижности раствора материал, зависимость от В/Т).The introduction of aluminum powder will ensure the non-shrinkage of the solution with an expansion of up to 3% max with a reagent content of not more than 0.01 wt.% for the material in the standard version. For the material in an expanding version marked "P", the concentration of the reagent is up to 0.1 wt.%, which corresponds to the expansion values of the material solution from 10 to 15% of the initial volume (depends on the viscosity and the rate of loss of mobility of the solution material, dependence on B/ T).

Кальцинированную соду Na2CO3 добавляют в качестве ускорителя сроков потери подвижности. При добавлении кальцинированной соды свыше 0,5 мас.% происходит снижение первичной потери подвижности относительно бездобавочного раствора до 90 мин, а при добавлении хлорида кальция более 2,0 мас% приводит к увеличению конечной прочности материала на 20 % и ускорению набора прочности на 25-30%.Soda ash Na 2 CO 3 is added as an accelerator for the timing of the loss of mobility. When soda ash is added over 0.5 wt.%, the primary loss of mobility relative to the unadditive solution decreases to 90 min, and when calcium chloride is added more than 2.0 wt.%, it leads to an increase in the final strength of the material by 20% and an acceleration of strength development by 25- thirty%.

Дополнительное введение в состав композиции гидрофобизаторов с концентрацией 0,1 мас.%, совместно с бентонитовым порошком увеличивает гидроизолирующие свойства раствора материала, обеспечивает стойкойкость к размыву грунтовыми водами, повышает водонепроницаемость. Введение бентонитового порошка с концентрацией 1 мас.% соответствует требованиям, предъявляемым к гидроизолирующим материалам, и повышает значения показателя водонепроницаемости W на 2 ступени, в зависимости от В/Т раствора.Additional introduction of water repellents with a concentration of 0.1 wt.% into the composition, together with bentonite powder, increases the waterproofing properties of the material solution, provides resistance to erosion by groundwater, and increases water resistance. The introduction of bentonite powder with a concentration of 1 wt.% meets the requirements for waterproofing materials, and increases the water resistance index W by 2 steps, depending on the W/T solution.

Водный раствор сухой смеси материала в стандартном исполнении, либо в расширяющемся исполнении с маркировкой «Р», применяется с различными водотвердыми соотношениями, находящимися в диапазоне от 0,45 до 1,0 в зависимости от технологии применения при использовании раствора, обладает высоким скоростями потери подвижности и начала первичного набора прочности, потеря подвижности в пределах 15 мин для раствора В/Т=0,45 вне зависимости от типа исполнения и до 45 мин для В/Т=0,8, начало набора прочности для минимальных значений В/Т и отсутствия увеличения объема составляет 30-40мин. Прочность камня на 28 сутки не менее 7 МПа для расширяющегося исполнения «Р» и до 20 МПа на 28 сутки для стандартного исполнения. Показатель прочностных характеристик зависит от плотности раствора модификаций материалов при приготовлении и колеблется от 1,53 кг/дм3 для В/Т=0,8 до 1,91 при В/Т=0,4, коэффициента объемного расширения исходного раствора в пределах, характеризуемого коэффициентом объемного расширения Кр=1,01-1,03 в стандартном исполнении и Кр=1,1-1,15 в расширяемом, температурных режимов применения материала. Значения водонепроницаемости камня, образуемого при использовании материала, соответствуют диапазону от W=6 до W=12. Подвижность ГОСТР 59538— 2021 от П1 до П3, водоотделение при максимальных допустимых значениях В/Т не более 2-4 %.An aqueous solution of a dry mix of material in a standard version, or in an expanding version marked "P", is used with various water-solid ratios ranging from 0.45 to 1.0, depending on the application technology when using the solution, has a high rate of loss of mobility and the beginning of the initial curing, loss of mobility within 15 min for the W/T=0.45 solution, regardless of the type of execution and up to 45 min for W/T=0.8, the beginning of curing for the minimum values of W/T and the absence increase in volume is 30-40min. The strength of the stone on the 28th day is not less than 7 MPa for the expanding version "P" and up to 20 MPa on the 28th day for the standard version. The index of strength characteristics depends on the density of the solution of modifications of materials during preparation and ranges from 1.53 kg/dm coefficient of volumetric expansion Кр=1.01-1.03 in the standard version and Кр=1.1-1.15 in the expandable version, temperature regimes of material application. The water resistance values of the stone formed when using the material correspond to the range from W=6 to W=12. Mobility GOST 59538-2021 from P1 to P3, water separation at the maximum allowable values of W / T is not more than 2-4%.

Материал является многофункциональным, комплексным, тампонажным и гидроизоляционным материалом, применимым с различными технологиями производства работ:The material is a multifunctional, complex, grouting and waterproofing material applicable with various work production technologies:

• Инъекционные.• Injectable.

• Буроинъекционные.• Buroinjection.

• Технологии тампонажа сухой смесью с пневмотранспортом.• Technologies of plugging with dry mix with pneumatic transport.

• Технология струйной цементации Jet Grouting.• Jet grouting technology Jet Grouting.

• Буровые технологии, противоаварийные работы на скважинах.• Drilling technologies, emergency response work at wells.

• Герметизация ограждающих конструкций и гидротехнических сооружений.• Sealing of enclosing structures and hydraulic structures.

Примеры реализации изобретенияExamples of the implementation of the invention

Пример 1.Example 1

Тампонажную композицию в расширяющемся исполнении готовят смешением бездобавочного портландцемента по ГОСТ 31108-2016 типа ЦЕМ 1 класса 42,5 (марки М500) – 75 мас.%; минеральной добавки – гипс – 8,5 мас.%; минеральной добавки – бентонитовый порошок – 2 мас.%; минеральной добавки – цемент глиноземистый – 10 мас.%; соды кальцинированной – 0,1-3%; гиперпластификатора РС 1701 – 0,1-0,15 мас.%; алюминиевой пудры – 0,03 мас.%; кальция хлористого – 2 мас.%; винной кислоты – 0,02 мас.%, гидрофобизатора – 0,15-0,3 мас.%. Полученную сухую смесь затворяют водой до получения водотвердого отношения 0,45. Готовый раствор, приготовленный из сухой смеси, должен иметь на момент начала инъекции жидкую консистенцию, позволяющую эффективно прокачивать по шлангам в подлежащие заполнению с целью закрепления, модификации или устранения водопритоков и протечек трещины, пустоты, полости, грунт. При нагнетании в подземную формацию готовой смеси – раствора рекомендуется проведение работ до начала реакции газообразования (расширяющаяся смесь с литерой «Р»).An expanding cement composition is prepared by mixing Portland cement without additives according to GOST 31108-2016, type CEM 1, class 42.5 (M500 grade) - 75 wt.%; mineral additive - gypsum - 8.5 wt.%; mineral additive - bentonite powder - 2 wt.%; mineral additive - aluminous cement - 10 wt.%; soda ash - 0.1-3%; hyperplasticizer RS 1701 - 0.1-0.15 wt.%; aluminum powder - 0.03 wt.%; calcium chloride - 2 wt.%; tartaric acid - 0.02 wt.%, water repellent - 0.15-0.3 wt.%. The resulting dry mixture is mixed with water until a water-solid ratio of 0.45 is obtained. The ready-made solution prepared from a dry mixture should have a liquid consistency at the time of the start of the injection, which allows it to be effectively pumped through hoses into those to be filled in order to fix, modify or eliminate water inflows and leaks, cracks, voids, cavities, soil. When injecting a ready mixture - solution into an underground formation, it is recommended to carry out work before the start of the gas formation reaction (expanding mixture with the letter "P").

Рекомендуемая температура воды затворения от +10 до 300С, ГОСТ 23732-2011. Приготовление и нагнетание раствора в подземную формацию рекомендуется производить винтовыми насосами непрерывного приготовления и подачи раствора. Температура раствора от +10 °С.The recommended mixing water temperature is from +10 to 30 0 C, GOST 23732-2011. The preparation and injection of the solution into the underground formation is recommended to be carried out by screw pumps of continuous preparation and supply of the solution. Solution temperature from +10 °С.

При применении буроинъекционных технологий по ликвидации водопритоков в грунтовых массивах через инъекторы или буровые снаряды давление нагнетания создается до 40 bar, расход раствора – в зависимости от производительности цементационного оборудования.When using drilling injection technologies to eliminate water inflows in soil massifs through injectors or drilling tools, the discharge pressure is created up to 40 bar, the solution flow rate depends on the capacity of the cementing equipment.

Минимальная допустимая прочность при объемном расширении 3% и водотвердом соотношении В/Т=0,45 на 28 сутки не менее 18 МПа, W=8. Время начала реакции газообразования – не более 15 мин., время потери подвижности раствора – 15 мин, время начала первичного набора прочности раствора не более 40 мин в нормальных условиях.The minimum allowable strength with a volume expansion of 3% and a water-solid ratio W / T = 0.45 on the 28th day is not less than 18 MPa, W = 8. The start time of the reaction of gas formation is no more than 15 minutes , the time of loss of mobility of the solution is 15 minutes, the time of the beginning of the primary curing of the solution is no more than 40 minutes under normal conditions.

Пример 2.Example 2

Тампонажную нерасширяющуюся, безусадочную композицию в стандартном исполнении готовят смешением бездобавочного портландцемента по ГОСТ 31108-2016 типа ЦЕМ 1 класса 42,5 (марки М500) – 75 мас.%; минеральной добавки – гипс – 8,5 мас.%; минеральной добавки – бентонитовый порошок – 1 мас.%; минеральной добавки – цемент глиноземистый – 10 мас.%; соды кальцинированной – 0,1-3%; гиперпластификатора РС 1701 0,1-0,15 мас. %; кальция хлористого – 2 мас.%; винной кислоты – 0,02 мас.%; гидрофобизатора – 0,15-0,3 мас.% Полученную сухую смесь затворяют водой до получения водотвердого соотношения В/Т=0,8, применяемого при струйной цементации грунтов. Готовый раствор приготовленный из сухой смеси должен иметь на момент начала инъекции жидкую консистенцию с температурой не ниже +10°С, позволяющую эффективно прокачивать по шлангам в режиме струйной цементации, в подлежащие заполнению с целью закрепления, модификации или устранения водопритоков и протечек трещины, пустоты, полости, грунт. Рекомендуемая температура воды затворения от +10°С до 300С, ГОСТ 23732-2011. Приготовление и нагнетание раствора в подземную формацию.The plugging non-expanding, non-shrinking composition in the standard version is prepared by mixing Portland cement without additives according to GOST 31108-2016 of the CEM type 1 class 42.5 (M500 grade) - 75 wt.%; mineral additive - gypsum - 8.5 wt.%; mineral additive - bentonite powder - 1 wt.%; mineral additive - aluminous cement - 10 wt.%; soda ash - 0.1-3%; hyperplasticizer RS 1701 0.1-0.15 wt. %; calcium chloride - 2 wt.%; tartaric acid - 0.02 wt.%; water repellent - 0.15-0.3 wt.% The resulting dry mixture is mixed with water until a water-solid ratio W / T = 0.8 is obtained, used for jet grouting of soils. The ready-made solution prepared from a dry mix should have a liquid consistency at the start of the injection with a temperature of at least +10 ° C, which allows it to be effectively pumped through hoses in the jet grouting mode, into those to be filled in order to fix, modify or eliminate water inflows and leaks, cracks, voids, cavities, soil. The recommended mixing water temperature is from +10°С to 30 0 С, GOST 23732-2011. Preparation and injection of a solution into a subterranean formation.

При применении буроинъекционных технологий по ликвидации водопритоков в грунтовых массивах через буровые снаряды режим струйной цементации Jet Grouting давление нагнетания создают до 400 bar, расход раствора – в зависимости от производительности цементационного оборудования. When using drilling injection technologies to eliminate water inflows in soil massifs through drilling tools, the Jet Grouting jet grouting mode creates a discharge pressure of up to 400 bar, the solution flow rate depends on the capacity of the grouting equipment.

Минимальная допустимая прочность при объемном расширении до 3 % и В/Т=0,8 на 28 сутки не менее 7 МПа, показатель водонепроницаемости для растворов. Для базового нерасширяющегося раствора В/Т =0,8 W=8. Прочность на третьи сутки не менее 2,1 МПа. Время начала потери подвижности раствора составляет не более 30 мин, время начала первичного набора прочности раствора не более 60 мин в нормальных условиях.The minimum allowable strength with volume expansion up to 3% and W / T = 0.8 on the 28th day is not less than 7 MPa, the water resistance index for solutions. For a basic non-expanding solution W/T=0.8 W=8. Strength on the third day is not less than 2.1 MPa. The start time for the loss of mobility of the solution is no more than 30 minutes, the time for the start of the initial curing of the solution is no more than 60 minutes under normal conditions.

Промышленная применимостьIndustrial Applicability

Примерами применения растворов материалов в стандартном и расширяющемся исполнении являются:Examples of the use of material solutions in standard and expandable versions are:

• Применение раствора в стандартном исполнении при усилении и модификации грунтов в сторону увеличения водонепроницаемости по технологии струйной цементации с В/Т раствора 0,8. Обеспечивает увеличение прочности грунто-миенрального камня образуемого по результату производства работ (конечная прочность обуславливается характеристиками грунтов и обемом привнесенногшотьв него материала). Увеличение показателя водонепроницаемости W на 2 ступени. Основное требование без учета повышения гидроизоляционных свойств при производстве работ – увеличение прочности и срок потери подвижности.• The use of a mortar in the standard version when strengthening and modifying soils in the direction of increasing water resistance using the technology of jet grouting with a W/T mortar of 0.8. Provides an increase in the strength of the soil-mienral stone formed as a result of the work (the final strength is determined by the characteristics of the soil and the amount of material introduced into it). Increased water resistance W by 2 steps. The main requirement, without taking into account the increase in waterproofing properties in the course of work, is an increase in strength and a period of loss of mobility.

• Применение расширяющегося материала при создании противофильтрационной завесы, заполнения трещин в горных породах, ликвидация фильтрации воды через данные горне породы. Водо-твердое отношение применяемого раствора В/Т=0,6. Подвижность раствора – П2, применяемая технология – инъектирование грунта через манжетную колонну в зону карстовых пустот и активной фильтрации воды. Результат – заполнение подземной формации, дополнительная герметизация массива за счет расширения, создание массива раствора в полостях и трещинах с прочностью до 12 МПа на 28 сутки, значением показателя водонепроницаемости до W=8.• The use of expanding material when creating an impervious curtain, filling cracks in rocks, eliminating water filtration through these rocks. Water-solid ratio of the applied solution B/T=0.6. The mobility of the solution is P2, the technology used is the injection of soil through the sleeve column into the zone of karst voids and active water filtration. The result is the filling of the underground formation, additional sealing of the massif due to expansion, the creation of a mass of mortar in cavities and cracks with a strength of up to 12 MPa on the 28th day, with a water resistance value of up to W=8.

• Применение раствора материала в стандартном и расширяющемся исполнении в качестве тампонажного раствора при ликвидации ативных водопритоков через дефект в ограждающей строительной конструкции путем инъекцтионного нагнетания раствора В/Т=0,45 непосредственно в зону водопритока. Результатом является ликвидация или значительное снижение дебета, образование противофильтрационного элемента в режиме противоаварийных работ.• Application of material solution in standard and expandable versions as a cement slurry when eliminating active water inflows through a defect in the enclosing building structure by injecting the W/T=0.45 solution directly into the water inflow zone. The result is the elimination or a significant decrease in debit, the formation of an impervious element in the mode of emergency operations.

Claims (2)

Тампонажно-инъекционный гидроизоляционный материал для операций цементирования в подземных формациях, включающий портландцемент, минеральные добавки, гиперпластификатор, реагент для обеспечения газообразования, формиат или хлорид кальция, отличающийся тем, что он содержит портландцемент бездобавочный типа ЦЕМ 1 класса 42,5 М500, ангидрид Г5 Б-2, в качестве минеральных добавок – бентонитовый порошок и глиноземистый цемент, в качестве указанного гиперпластификатора – РС 1701, алюминиевую пудру и дополнительно винную кислоту, гидрофобизатор, эфир целлюлозы Р100, соду кальцинированную и алюминиевый порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:Plugging-injection waterproofing material for cementing operations in underground formations, including Portland cement, mineral additives, hyperplasticizer, gas generation agent, formate or calcium chloride, characterized in that it contains Portland cement without additives of the CEM 1 class 42.5 M500 type, anhydride G5 B -2, as mineral additives - bentonite powder and aluminous cement, as the indicated hyperplasticizer - RS 1701, aluminum powder and additionally tartaric acid, water repellent, P100 cellulose ether, soda ash and aluminum powder in the following ratio of components, wt.%: указанный портландцемент specified portland cement 75-85,1375-85.13 ангидрид Г5 Б-2 anhydride G5 B-2 5-105-10 гиперпластификатор РС 1701 hyperplasticizer RS 1701 0,1-0,180.1-0.18 винная кислота wine acid 0,01-0,060.01-0.06 эфир целлюлозы Р100 cellulose ether R100 0,06-0,150.06-0.15 алюминиевая пудра aluminum powder 0,01-0,10.01-0.1 хлорид кальция calcium chloride 0,5-2,00.5-2.0 бентонитовый порошок bentonite powder 1-51-5 гидрофобизатор water repellent 0,08-0,150.08-0.15 глиноземистый цемент aluminous cement 8-108-10 сода кальцинированная soda ash 0,1-0,50.1-0.5 порошок алюминиевый aluminum powder 0,01-0,10.01-0.1
RU2022110412A 2022-04-18 Plugging and injection waterproofing material for cementing operations in underground formations RU2784799C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784799C1 true RU2784799C1 (en) 2022-11-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2235857C1 (en) * 2003-02-04 2004-09-10 Дочернее общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания открытого акционерного общества "ГАЗПРОМ" Backfilling material
RU2477740C1 (en) * 2011-08-25 2013-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Пермская сервисная компания "Буртехнологии" Grouting mortar
RU2535766C1 (en) * 2013-05-27 2014-12-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Expanding cement slurry for water influx limitation
RU2588066C1 (en) * 2015-04-21 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Grouting mortar for cementing and side shafts with horizontal sections

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2235857C1 (en) * 2003-02-04 2004-09-10 Дочернее общество с ограниченной ответственностью "Буровая компания открытого акционерного общества "ГАЗПРОМ" Backfilling material
RU2477740C1 (en) * 2011-08-25 2013-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Пермская сервисная компания "Буртехнологии" Grouting mortar
RU2535766C1 (en) * 2013-05-27 2014-12-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Expanding cement slurry for water influx limitation
RU2588066C1 (en) * 2015-04-21 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Grouting mortar for cementing and side shafts with horizontal sections

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2871595C (en) Foamed cement compositions containing metal silicides usable in subterranean well operations
JP5378588B2 (en) Wellbore maintenance composition containing coagulation retarder, method for producing the same and method for using the same
CN107401159A (en) A kind of premixing fluidised form solidified earth
KR102117557B1 (en) One component grout composition enabling early high strength development and tunnel grouting reinforcement method using the same
CN107459301A (en) A kind of premixing fluidised form solidified earth
KR101908533B1 (en) Grout composition for ground reinforcement and grouting method therewith
CN103626454A (en) Manufacturing method of fast-setting early-strength two-fluid injecting paste material
KR101530830B1 (en) Grout filler and grouting method using the grout filler
US4328036A (en) High temperature expanding cement composition and use
MX2013012179A (en) Use of methylhydroxyethyl cellulose as cement additive.
EP0198849A1 (en) Foamed cement compositions for stowing cavities
KR20180083696A (en) Chemical composition for grouting and method for preparing the same
KR102471506B1 (en) Sealing material and main injection material composition for steel pipe reinforcing multi stage grouting and grouting method using the same
US3753748A (en) Hydraulic cement retarder composition
RU2784799C1 (en) Plugging and injection waterproofing material for cementing operations in underground formations
KR102535170B1 (en) Manufacturing method of silicate grout using reaction rate regulator and grouting method using the same
JP7219924B2 (en) Cement composition for cavity filling, cavity filling material, and filling construction method
CN108585648A (en) Grouting serous fluid formula and preparation method thereof
KR100427490B1 (en) Environment-friendly inorganic soil-stabilizer with outstanding durability
CA2635925C (en) Cement blend
CA2545810C (en) Cementitious composition for use in elevated to fully saturated salt environments
JP4080416B2 (en) Ground injection agent and ground injection method
GB2187727A (en) Rapid gelling compositions
CN111763063A (en) Strong-permeability stratum grouting material in dynamic water environment and preparation method thereof
KR20100099019A (en) Eco friendly, early strength, extensive grout additive and grout material and reinforcing earth anchor method using the grout material