RU2169828C1

RU2169828C1 - Aerated cement mortar composition

Info

Publication number: RU2169828C1
Application number: RU99124549/03A
Authority: RU
Inventors: гин А.И. Остр; А.И. Острягин; В.Г. Романов; А.С. Рекин; бова Л.И. Р; Л.И. Рябова
Original assignee: Острягин Анатолий Иванович; Романов Вячеслав Григорьевич; Рекин Александр Сергеевич; Рябова Любовь Ивановна
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: well drilling. SUBSTANCE: cement mortar composition designed for lining wells and also for monolithic construction to form heat-insulation material contains binding agent, blowing agent, structure-forming agent, air, and water. Structure-forming agent is china and faience production waste in the form of paste composed of, wt %: dolomite 20-30, sodium silicate 12-20, silica 15-20, kaolin 10- 15, faience frit 10-20, and water. EFFECT: increased plastic strength in early cement mortar hardening phase and increased sedimentation stability of nonshrinking clogging stone due to increased homogeneity and conformity to theoretic density in the range of 800-300 kg/cubic meter. 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к материалам, используемым в строительстве нефтяных и газовых скважин с аномально низким пластовым давлением, и может быть использовано в сборном и монолитном строительстве. The invention relates to materials used in the construction of oil and gas wells with abnormally low reservoir pressure, and can be used in prefabricated and monolithic construction.

Известна сырьевая смесь для цементных растворов, состоящая из портландцемента, наполнителя, порообразователя и воды (пат. РФ N 1745893, E 21 B 33/138 от 07.12.89) и недостатки данной системы: усадочный раствор, несоответствие заданной плотности, так как процесс образования газовой дисперсии опережает стадию стабилизации, низкая пластическая прочность цементного раствора-камня. Known raw mix for cement mortars, consisting of Portland cement, filler, blowing agent and water (US Pat. RF N 1745893, E 21 B 33/138 from 07.12.89) and the disadvantages of this system: shrinkage solution, the mismatch of a given density, as the formation process gas dispersion ahead of the stabilization stage, low plastic strength of cement-stone mortar.

В качеств порообразователя-структурообразователя взят неонолоксиэтилированный моноалкилфенол, который экологически вреден и не придает образовавшемуся камню гидрофобные свойства. Neo-oxyethylated monoalkylphenol, which is environmentally harmful and does not impart hydrophobic properties to the resulting stone, was taken as a pore-forming agent.

Наиболее близкой к заявленному по технической сущности и достигаемым результатам является композиция аэрированных тампонажных растворов, содержащих, мас.%: портландцемента 43-79, порообразователя - отход производства сульфонола 0,05-0,5, воздух 0,01-0,1, вода остальное, (пат. РФ 2084427, E 21 B 33/138, C 04 B 38/02 - прототип). The closest to the claimed technical essence and the achieved results is the composition of aerated cement slurries containing, wt.%: Portland cement 43-79, blowing agent - sulfonol production waste 0.05-0.5, air 0.01-0.1, water the rest, (US Pat. RF 2084427, E 21 B 33/138, C 04 B 38/02 - prototype).

Недостатки: усадочный раствор при плотности 800-250 кг/см³, несоответствие заданной плотности, низкая пластическая прочность.Disadvantages: shrinkage solution at a density of 800-250 kg / cm ³ , mismatch of a given density, low plastic strength.

Задачей изобретения является получение повышенной пластической прочности в ранние сроки твердения цементного раствора, его седиментационная устойчивость, получение безусадочного тампонажного камня за счет повышения его однородности и соответствие теоретически возможной плотности полученной в пределах 800-300 кг/м³, сохраняющих гидрофобные свойства.The objective of the invention is to obtain increased plastic strength in the early stages of hardening of the cement mortar, its sedimentation stability, obtaining a non-shrinking cement stone by increasing its uniformity and matching the theoretically possible density obtained in the range of 800-300 kg / m ³ preserving hydrophobic properties.

Сущность изобретения заключается в том, что композиция аэрированного тампонажного раствора, содержащая вяжущее, порообразователь, структурообразователь, воздух и воду, в качестве структурообразователя содержит отход фарфорофаянсового производства в виде пасты ОФФП, содержащей, мас.%: доломит 20- 30, силикат натрия 12-20, глинозем 15-20, каолин 10-15, фритта фаянса 10-20 и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
вяжущее - 55-65,5
порообразователь - 0,01-0,2
структурообразователь ОФФП - 0,3-0,6
воздух - 0,01-0,2
вода - остальное
Структурообразователь представляет собой пасту, состоящую из мелкодисперсных окислов, серо-голубого цвета, плотностью 1,34 - 1,60 г/см³, pH 7, с частицами 0,01-0,001 мм до 80 - 90% и 10-20% воды.The essence of the invention lies in the fact that the composition of the aerated cement slurry containing a binder, blowing agent, structure-forming agent, air and water, as a structure-forming agent contains porcelain-faience production in the form of an RPPP paste containing, wt.%: Dolomite 20-30, sodium silicate 12- 20, alumina 15-20, kaolin 10-15, faience 10-20 frit and water in the following ratio of components, wt.%:
astringent - 55-65.5
blowing agent - 0.01-0.2
OFPP structural agent - 0.3-0.6
air - 0.01-0.2
water - the rest
The builder is a paste consisting of finely dispersed oxides, gray-blue, with a density of 1.34 - 1.60 g / cm ³ , pH 7, with particles of 0.01-0.001 mm to 80 - 90% and 10-20% water .

Данный реагент получают на фарфорофянсовых заводах при шлифовке обоженной посуды и после покрытия ее глазурью. This reagent is obtained in porcelain factories by grinding burned dishes and after coating them with glaze.

При ее производстве используется высококачественное сырье, поставляемое по ГОСТам. In its production, high-quality raw materials supplied in accordance with GOST are used.

1 Доломит, выпускаемый по ТУ ГОСТ 23672-70, содержащий не более 34% CaO. 1 Dolomite produced in accordance with TU GOST 23672-70, containing not more than 34% CaO.

2. Силикат натрия, ГОСТ 2189-78, РСГРФ 43 - 77. 2. Sodium silicate, GOST 2189-78, RSGRF 43 - 77.

3. Глинозем ГОСТ 135835-81, 21-21612-81 с частицами 0,01-0,001 мм не менее 62% и содержащего Al₂O₃ - 33-36%.3. Alumina GOST 135835-81, 21-21612-81 with particles of 0.01-0.001 mm of not less than 62% and containing Al ₂ O ₃ - 33-36%.

4. Каолин, обожженный для керамических изделий, ГОСТ 21286-82 Al₂O₃ -36%.4. Kaolin fired for ceramic products, GOST 21286-82 Al ₂ O ₃ -36%.

5. Фритта фаянса (глазурь), ТУ 17 РФ 20-7298-91. 5. Frit faience (glaze), TU 17 of the Russian Federation 20-7298-91.

Все сырье применяется для приготовления пищевой посуды, является не токсичным, не взрывоопасным, не горючим, экологически чистым. All raw materials used for the preparation of food utensils, is non-toxic, non-explosive, non-combustible, environmentally friendly.

Показатели структурообразователя должны соответствовать нормам:
1. Массовая доля твердого вещества - 70-90
2. Массовая доля воды,% - 30-10
3. Плотность раствора, г/см³ - 1,5- 1,3
4. pH раствора - 7
5. Размер частиц, мм - 0,01-0,001
6. Срок хранения, год - 2
Данный реагент структурирует систему, дает безусадочный материал в соответствии с реальной и теоретической плотностью за счет равномерного распределения газа или воздуха в дисперсии. Кроме этого повышается пластическая прочность в ранние сроки и прочность на сжатие цементного камня. Особенно это важно при получении цементного раствора плотностью 800 - 300 кг/м³.The performance of the builder must comply with the standards:
1. Mass fraction of solids - 70-90
2. Mass fraction of water,% - 30-10
3. The density of the solution, g / cm ³ - 1.5-1.3
4. pH of the solution is 7
5. The particle size, mm - 0,01-0,001
6. Shelf life, year - 2
This reagent structures the system, gives a non-shrinking material in accordance with the real and theoretical density due to the uniform distribution of gas or air in the dispersion. In addition, plastic strength is improved in the early stages and the compressive strength of cement stone. This is especially important when obtaining a cement mortar with a density of 800 - 300 kg / m ³ .

С применением данного структурообразователя снижается потребление порообразователя, физико-химические характеристики системы улучшены по сравнению с прототипом, благодаря сочетанию составляющих компонентов и их мелкодисперсности. With the use of this builder, the consumption of a blowing agent is reduced, the physicochemical characteristics of the system are improved compared to the prototype, due to the combination of constituent components and their fineness.

Рентгенографический анализ обнаружил соединения минерала гидрогерлита в составе системы, который имеет сложную решетку. Кристалл его состоит из двойных слоев гидроксильных групп, между которыми находятся атомы алюминия. Его одноядерные комплексоны полимеризуются в комплексоны многоядерные, которые связаны с длинной цепочкой SiO₂. Такой комплекс позволяет расположиться максимальному количеству газа или воздуха в системе аэрированного раствора. Молекулярные частицы других минералов располагаются в газонаполненной системе, повышая ее прочность.X-ray analysis revealed compounds of the mineral hydrogerlite in the composition of the system, which has a complex lattice. Its crystal consists of double layers of hydroxyl groups, between which are aluminum atoms. Its mononuclear complexones polymerize into multinuclear complexones, which are connected with a long chain of SiO ₂ . Such a complex allows you to settle the maximum amount of gas or air in the aerated solution system. Molecular particles of other minerals are located in a gas-filled system, increasing its strength.

В качестве вяжущего берется портландцемент любой марки и любого завода изготовителя. Все компоненты смешиваются с водой, затем подается еще воздух с помощью компрессора, аэрируется раствор. Portland cement of any brand and any manufacturer is taken as a binder. All components are mixed with water, then more air is supplied using a compressor, the solution is aerated.

Порообразователь вступает во взаимодействие со структурообразователем и вяжущим. Воздухововлечение идет естественно за счет растворения пенообразователя и принудительной подачи за счет аэрирования. Причем объем выхода раствора по сравнению с прототипом четко соответствует расчетной плотности и стабилен в течение всего процесса приготовления и твердения. The blowing agent interacts with the builder and the binder. The air intake is naturally due to the dissolution of the blowing agent and forced supply due to aeration. Moreover, the volume of solution output in comparison with the prototype clearly corresponds to the calculated density and is stable during the entire process of preparation and hardening.

После аэрации цементный раствор исследуется на физико-механические показатели (табл. 1). Соответствие расчетной плотности раствора и камня полное, пластическая прочность выше, чем у прототипа. After aeration, the cement slurry is examined for physical and mechanical properties (Table 1). Compliance with the estimated density of the mortar and stone is complete, the plastic strength is higher than that of the prototype.

Прочность на изгиб определялась на приборе МИИ - 100, на сжатие с помощью гидравлического пресса типа ПСУ-20, пластическая прочность на приборе "Хеплера". Bending strength was determined on a MII-100 instrument, compressive strength with a hydraulic press of the PSU-20 type, and plastic strength on a Hepler apparatus.

В качестве порообразователя может быть применен сульфонат, морпен, ОП и др. As a blowing agent, sulfonate, morpene, OP, etc. can be used.

Пример N 1. Example No. 1.

Берем 48 г портландцемента, вводим 0,1 г сульфоната - реагента порообразователя и 0,45 г ОФФП - структурообразователя и 44,68 г воды, размешиваем, аэрируем (воздух 0,105). Замеряем плотность исходного раствора и рассчитываем плотность полученного камня. Усадка раствора - 0, исходная плотность раствора 500 кг/м³, расчетная и фактическая плотность цементного камня 800 кг/м³. Пластическая прочность 0,19 МПа, устойчивость аэрированного раствора 100%, гидрофобность камня - более 4 часов.We take 48 g of Portland cement, we introduce 0.1 g of sulfonate, the reagent of the blowing agent, and 0.45 g of RPPP, the structurant, and 44.68 g of water, stir, aerate (air 0.105). We measure the density of the initial solution and calculate the density of the resulting stone. The shrinkage of the mortar is 0, the initial density of the mortar is 500 kg / m ³ , the calculated and actual density of the cement stone is 800 kg / m ³ . The plastic strength is 0.19 MPa, the stability of the aerated solution is 100%, the hydrophobicity of the stone is more than 4 hours.

Пример N 2. Example No. 2.

Портландцемент 65,5 г вводим 0,2 г морпена - порообразователя и 0,6 г ОФФП и 33,50 г воды, аэрируем (0,2 г). Пластическая прочность 0,29 МПа. Плотность раствора 200 кг/м³, плотность расчетная и фактическая полученного камня совпадают и равны 400 кг/м³.Portland cement 65.5 g is injected with 0.2 g of morpene - pore former and 0.6 g of RPPP and 33.50 g of water, aerated (0.2 g). Plastic strength 0.29 MPa. The density of the solution is 200 kg / m ³ , the calculated and actual density of the obtained stone are the same and equal to 400 kg / m ³ .

Усадка аэрированного раствора и камня - 0%. Гидрофобность аэрированного камня - более 14 часов. Shrinkage of aerated mortar and stone - 0%. Hydrophobicity of aerated stone - more than 14 hours.

Пример N 3. Example No. 3.

Портландцемента 55 г. Порообразователя - сульфоната 0,15 г, 44,75 г воды, аэрируем (0,1 г воздуха). Пластическая прочность - 0,05 МПа. Раствор при плотности 500 кг/м³ не однороден, камень усадочный - 0,2%.Portland cement 55 g. Pore former - 0.15 g sulfonate, 44.75 g water, aerated (0.1 g air). Plastic strength - 0.05 MPa. The solution at a density of 500 kg / m ^{3 is} not uniform, the shrink stone is 0.2%.

Расчетная плотность камня не соответствует фактической (700 кг/м³, а фактически 800 кг/м³ - прототип).The calculated density of the stone does not correspond to the actual (700 kg / m ³ , but in fact 800 kg / m ³ is a prototype).

При использовании аэрированных растворов для цементирования скважин. When using aerated solutions for cementing wells.

Величина гидравлических потерь в затрубном пространстве для глубин до 3500 м, как правило, не превышает 10% гидростатического забойного давления в конце процесса продавливания. The magnitude of hydraulic losses in the annulus for depths up to 3500 m, as a rule, does not exceed 10% of the hydrostatic bottomhole pressure at the end of the bursting process.

Разработан расчет процесса цементирования и выбора степени аэрации тампонажного раствора, позволяющий получать устойчивые аэрированные тампонажные системы и повысить качество крепления скважин. The calculation of the cementing process and the choice of the degree of grouting aeration has been developed, which allows obtaining stable aerated grouting systems and improving the quality of well attachment.

При строительстве данный состав может быть использован в монолитном строительстве для получения конструкционного и термоконструкционного материала. During construction, this composition can be used in monolithic construction to obtain structural and thermo-structural material.

Claims

A composition of aerated cement mortar containing a binder, blowing agent, structure-forming agent, air and water, characterized in that, as a structure-forming agent, it contains porcelain and faience production in the form of a paste of high viscosity phase, containing, wt.%: Dolomite 20-30, sodium silicate 12-20, alumina 15 - 20, kaolin 10 - 15, frit faience 10 - 20 and water, in the following ratio of components, wt.%:
Binder - 55 - 65.5
Pore former - 0.01 - 0.2
Structuring agent - OFPP - 0.3 - 0.6
Air - 0.01 - 0.2
Water - Else