5.2 Глиноцементные растворы

Нетвердеющий глиноцементный раствор - это глинистый раствор, в который вводят до 10 % цемента, а также ускорители схватывания и наполнители. Эти растворы при высоких структурно-механических и закупоривающих свойствах хорошо прокачиваются насосами через бурильные трубы. Они не дают тампонажного камня. Конечный продукт упрочнения - глиноподобная масса, надежно перекрывающая каналы ухода промывочной жидкости.

Глиноцементные растворы представляют собой важную группу тампонажных смесей. Это полидисперсные микрогетерогенные системы, в которых дисперсной фазой являются глина и цемент, а дисперсной средой - вода с добавками ускорителей схватывания и наполнителей.

Глиноцементные растворы чаще всего применяют для кольматации трещин устойчивых горных пород при потере промывочной жидкости, но они могут быть использованы и для тампонирования обсадных труб и крепления неустойчивых пород.

Достоинства глиноцементных растворов: большая стабильность, малая усадка камня, невысокая плотность, слабая чувствительность, к агрессивному воздействию пластовых вод образование более пластичного, чем в цементных растворах, камня, обладающего высокой сцепляемостыо с глинистыми породами и высокой закупоривающей способностью, хорошая прокачиваемость насосами и низкая себестоимость.

Основной недостаток глиноцементных растворов - пониженная прочность камня, поэтому их чаще всего используют для кольматации трещин в устойчивых породах.

Однако при оптимальных соотношениях глины и цемента удается получить камень значительной прочности.

Нежелательным свойством этих растворов является их способность к быстрому загустеванию, что требует дополнительных добавок.

Для приготовления исходного глинистого раствор можно использовать все глины: монтморилонит, иллит, каолинит. Монтморилонитовые (бентонитовые) глины обладают высокими структурно-механическими свойствами, однако они чрезвычайно чувствительны к добавкам и быстро загустевают, поэтому в практике больше применяют менее качественные глины: иллит и каолинит.

В качестве ускорителя схватывания наиболее эффективным является жидкое стекло, а в качестве наполнителя - древесные опилки.

Основные показатели, характеризующие качество нетвердеющих глиноцементных растворов, предназначенных для кольматации трещин, - это статическое напряжение сдвигу и пластическая прочность раствора, с их увеличением возрастает закупоривающая способность, но снижается прокачиваемость (реологические свойства) раствора. Поэтому одновременно с определением статического напряжения сдвигу определяют и реологические свойства раствора.

Пластическая прочность и статическое напряжение сдвигу раствора возрастают с увеличением плотности исходного глинистого раствора, концентрации цемента и жидкого стекла и времени стабилизации (выдержки).

Особенно интенсивно на эти показатели влияет жидкое стекло, поэтому более 1 % его не вводят.

Закупоривающий эффект раствора повышают введени-ем в него наполнителей: древесных опилок, кожи-гороха и др Наполнители также повышают статистическое напряжение сдвигу. Это объясняется обезвоживанием дисперсной системы в результате впитыванием воды наполнителем. При добавлении опилок резко повышается водоотдача раствора, что способствует- образованию в трещинах плотных там­понов.

Реологические свойства, раствора возрастают с увеличением концентрации дисперсной фазы (глины, цемента), ускорителя схватывания и наполнителя и понижаются с введением пластификаторов и повышением скорости закачивания раствора.

Для изоляции поглощающих горизонтов, представленных трещиноватыми горными породами, Л.М. Ивачев рекомендует тампонажную смесь следующего состава:

глинистый раствор с параметрами: р= 1,22 г/см³; Т=90; В=25 см³ за 30 мин, ⊝=160 мг/см²;

цемент марки 500 - 30-50 кг/м³;

опилки древесные - 50 кг/м³.

Статистическое напряжение сдвигу такой смеси - 1100-1200 мг/см² через 1 мин, 3000 мг/см² через 30 мин, 1500 мг/см² через 4 часа; водоотдача - 63-75 см³ за 30 мин.

Такие растворы хорошо прокачиваются насосом.