В’яжуче

В'яжуче, яке містить у сировинній суміші крейду, відходи виробництва амінокапронової кислоти Запропонований винахід має відношення до галузі спеціальних в'яжучих матеріалів, які призначені для цементування нафтових та газових свердловин значної глибини при промисловому та розвідувальному бурінні Відомо в'яжуче, сировинна суміш якого має, мас % 1) компонент складу (3,3-3,7) СаО S1O2 у вигляді фази, ізоморфної з алітом 60,0 - 85,0, 2) двухкальцієвий силікат 0,05 - 6,0, 3) компонент складу 2 (3 СаО АІ2О3) Fe2O3 (1,5-3,0) SiO2 0,05-6,0, 4) компонент складу (4,5-6,0) СаО АІ2Оз (1,0-3,0) Fe2O3 SiO2 10,0-25,0, 5) вільний оксид кальцію СаО 3,0 -18,0 /1/ Однак, недоліком таких цементів є низька об'ємна вага та нестійкість до агресивної дії природних вод, насичених сульфатними розчинами Для вирішення цієї проблеми запропоновано до складу основних мінералів тампонажного портландцементного клінкера вводити оксид барію Але в Україні родовища барійвміщуючої сировини значно обмежені, що підвищує вартість таких цементів Найбільш близьким цементом до запропонованого складу є цемент -прототип, який містить, мас % портландцементний клінкер 76,0 - 92,0, гипс двуводний 3,0 - 4,0, карбонатно-барієві "хвости" 5,0 - 30,0 121 Недоліком такого цементу є те, що сполуки та відходи кременю, яке відрізняється тим, що ортосилікати кальцію і барію у такому співвідношенні, мас % ортосилікат кальцію 40,0-80,0 ортосилікат барію 20,0-60,0 ХІМІЧНИЙ склад цементу, мас % СаО ВаО SiO2 26,0-52,1 16,7-50,2 23,8-31,2 барію не входять безпосередньо до складу клінкеру Це обумовлює складність виготовлення сировинної суміші, а непостійність фазового складу барійвміщуючих ВІДХОДІВ призводить до невисокого коефіцієнту сульфатостійкості (менш ніж 0,9) та неможливості використання такого цементу при підвищених температурах, які спостерігаються у свердловинах на великій глибині (понад Ю км) із-за втрати ними МІЦНОСТІ Мета запропонованого винаходу - підвищення об'ємної ваги, механічної МІЦНОСТІ, корозійної та температурної СТІЙКОСТІ цементу, а також зниження собівартості завдяки застосуванню вторинної сировини, яка містить вуглекислий барій Технічний результат досягається завдяки тому, що на відміну від прототипу у фазовому складі запропонованого цементу містяться силікати кальцію (Ca2Si04) та барію (Ва2 S1O4) Дані компоненти в запропонованому співвідношенні для виготовлення сировинної суміші корозійностійкого жароміцного тампонажного цементу з підвищеною об'ємною вагою не використовувалися, що свідчить про ВІДПОВІДНІСТЬ запропонованого рішення до критерію "винахідницький рівень" Позитивний ефект пояснюється тим, що оксид барію, який міститься у відходах виробництва органічних речовин, а саме амінокапронової кислоти, призводить до утворення у запропонованому цементі ортосилікату барію, який надає в'яжучому підвищеної ваги, СТІЙКОСТІ ДО агресивної дії природних сульфатних вод, а також жароміцності, адже температура у свердловині на глибині 10км пере 00 о> со 1^ ю 57398 вищує 300С Саме таке співвідношення фаз ортосилікатів кальцію та барію дає можливість отримувати високоміцний корозійностійкий жаростійкий цемент з великою вагою (320 - 350кг/мЛ) за технологією портландцементу не використовуючи додаткові енергоресурси та дефіцитну дорогокоштовну сировину Запропоноване співвідношення компонентів призводить під час гідратації до утворення складного конгломерату гідратних сполук гідросилікатів кальцію та барію, гідроксиду барію, який присутній як у колоїдному, так і кристалічному стані, що позитивно впливає на процес тверднення та фізикомеханічні властивості цементу (МІЦНІСТЬ на згин після 2 діб тверднення - 7,2МПа, МІЦНІСТЬ на стиск після 28 діб тверднення - 50 - бОМПа, жаростійкість - 1600°С, коефіцієнт сульфатостійкості -1,1) Приклад Як вихідна сировина використовуються такі матеріали вуглекислий кальцій у вигляді крейди, вуглекислий барій у вигляді ВІДХОДІВ виробництва амінокапронової кислоти та відходи кременя Речовинний склад сировинної суміші, який відповідає оптимальному складу № 5 запропонованого цементу, мас % крейда 50,9, відходи виробництва амінокапронової кислоти 67,8, відходи кременя 25,9 В'яжуче виготовлялось за технологією портландцементу Для синтезу клінкеру завданого фазового складу здійснювалось послідовне змішування, подрібнення, грануляція та випал сировинної суміші Ретельне подрібнення та змішування сировинних компонентів виконувалось '"мокрим" способом у кульовому млині Вологість суміші - 50мас % Контроль якості помелу сиро винної суміші здійснювався методом низькотемпературної адсорбції азоту таситовим аналізом (залишок на ситі № 008 - не більш 2%, питома поверхня - 340 - 350м'/кг) Випал здійснювався при температурі 1350 -1400°С, ізотермічна витримка при максимальній температурі - 2 години В таблиці наведено склади, фізико-механічні та технічні властивості запропонованих цементів та прототипу Як виходить з наведених даних (табл), одержано склади цементів з використанням ВІДХОДІВ виробництва амінокапронової кислоти за фізикомеханічними та технічними властивостями вищими ніж у прототипу Використання ВІДХОДІВ у цементі значно знижує собівартість матеріалу та сприяє покращенню екологічної обстановки в країні Позамежні склади цементів відрізняються зниженням МІЦНОСТІ, коефіцієнту сульфатостійкості та жароміцності Таким чином, запропонований винахід має ряд переваг у порівнянні з відомим прототипом В'яжуче, що запропоновано, доцільно використовувати для виготовлення жаро- та корозійностійких високоміцних тампонажних розчинів цементування глибинних нафтових та газових свердловин Література 1 Пат 2058952 Россия МКИ С 04 В 7/02, 40/00 Портландцементный клинкер, цемент на его основе и способ изготовления коррозиеустойчивого бетона / С А Зубехин, Б Э Юдович (Россия), ТОО «Патент-Приз» - № 93044197/33, Заявл 31 08 93, Опубл 27 04 96, Бюл № 12 -41 с 2 А с 1231027 СССР, МКИ С 04 В 7/24 Вяжущее / A T Сулейменов, Ш К Жакипбеков, З А Естемесов, У А Айташева (СССР) № 3750236/29-33, Заявл 07 06 84, Опубл 15 05 86, Бюл № 18 -3 с Таблиця Показники Прототип Позамежні 1 2 3 4 5 Позамежні 1 ХІМІЧНИЙ склад, мас % CaO BaO SiO 2 AI2O3 Fe 2 O 3 66,0 - 70,0 5,0-30,0 21,0-24,0 4,0-8,0 2,0-4,0 55,4 12,5 32,1 52,1 16,7 31,2 45,6 25,1 29,3 39,1 33,4 27,5 32,6 41,8 25,6 26,0 50,2 23,8 25,2 52,3 21,5 6,1 6,2 6,5 6,9 7,0 7,0 7,2 6,3 42 44 50 52 57 59 60 46 0,9 0,91 1500 1,0 1600 1,0 1600 1,0 1600 1,1 1650 1,1 1700 1,0 1550 2 МІЦНІСТЬ на згин через 2 доби, МПа 3 МІЦНІСТЬ на стиск, МПа, 28 діб 4 Коефіцієнт сульфато-стій кості 5 Жароміцність, °С Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна