11.3 Способы однорастворной силикатизации

Существует несколько способов однорастворной силикатизации:

- обычная силикатизация;

- силикатизация с добавкой цемента;

- силикатизация с нагнетанием сжатого воздуха компрессором;

- газосиликатизация с нагнетанием углекислого газа;

- электросиликатизация (с анодом);

- электросиликатизация (с катодом);

Углекислый газ нагнетается из баллонов до и после нагнетания жидкого стекла.

При закреплении тонкозернистых песков, лессовидных суглинков и супесей рекомендуется следующая технология тампонирования.

Расход жидкого стекла при радиусе закрепления 0,6 м и длине перфорированной части тампонажной трубы 1м -350 л. Давление насоса от 1,5-2,5 до 3-4 кгс/см². Масса углекислого газа при газосиликатизации 2,0-2,3 кг/м³, давление насоса - 0,5-1,4 кгс/см², давление сжатого воздуха (при силикатизации с нагнетанием воздуха) составляет 5-6 кгс/см². Размеры зон - 0,45-0,71 м по радиусу и 1,35-1,45 м по высоте.

Прочность указанных выше пород на сжатие при различной плотности раствора силиката натрия для различных способов силикатизации показана в табл.19.3.

Максимальная прочность закрепленных грунтов и 100 %-я водостойкость (табл. 19.3.) достигается при газосиликатизации углекислым газом, затем идет силикатизация с нагнетанием сжатого воздуха и обычная силикатизация.

Таблица

Способ закрепления пород	Прочность закрепленной горной породы на сжатие и водостойкость, %, при плотности раствора Na2SiO3, г/см
	1,1	1,13	1,15
Обычная силикатизация Силикатизация с цементом Силикатизация с нагнетанием воздуха Газосиликатизация Электросиликатизация (анод) Электросиликатизация (катод)	8,5/100 4,2/83 7,4/95 11/100 3,6/82 2,3/76	4,5/100 5,3/92 9,2/100 12,5/100 6,3/100 4.1/100	4/100 4,7/100 9,5/100 7/100 8,0/100 4,5/100

По технологии наиболее простой является газосиликатизация, при которой расход силиката натрия снижается на 18-20% по сравнению с обычной силикатизацией. При обычной силикатизации в рассматриваемых условиях и при плотности растворов 1,1, 1,13 и 1,15 г/см³ расход силиката натрия составляет, соответственно, 81,3 , 106 и 122 кг/м³.

Однорастворная силикатизация силикатнокремнефтористоводородными растворами

Механическая прочность "затвердевшего" геля под воздействием серной, фосфорной и других кислот, не содержащих кремний, невысока. Более высокую прочность на сжатие (до 10-40 кгс/см²) приобретают пески, закрепленные силикатными растворами, скоагулированными кремнефтористоводородной кислотой.

Кремнефтористоводородная кислота весьма активна, содержит в своем составе кремний, повышающий концентрацию кремнекислоты в структуре геля и способствующий повышению ее прочности.

Рецептура силикатного раствора с добавками кремнефтористоводородной кислоты, по сравнению с другими однорастворными рецептурами, имеет ряд преимуществ: более высокую прочность закрепления пород; более надежные качества геля; эффективное упрочнение карбонатных песков.

Недостаток рецептуры - необходимость охлаждения раствора с целью получения технологически приемлемого времени гелеобразования, а значит, приемлемого радиуса закрепления пород.

На основе этой рецептуры созданы различные тампонажные растворы.

На прочность геля существенное влияние оказывает концентрация жидкого стекла и электролита, а также их со отношение (табл. ).

Увеличение количества кислоты в растворе силиката натрия способствует образованию микроструктуры силикагеля с тенденцией к уменьшению размеров агрегатов частиц, увеличению, прочности и сокращению выщелачивания Na₂O и SiO₂ с течением времени. Однако при этом сокращается время гелеобразования и глубина проникновения геля в поры и трещины.

При соотношении 100:30 наблюдаете значительная прочность геля, но мало время гелеобразования поэтому этот раствор пригоден только для закрепления горных пород при температуре не выше 15°С в неглубоких скважинах.

Более приемлемым является силикатный раствор, разбавленный 10 %-м раствором NaOH, с плотностью 1,3 г/см³ и кремнефтористоводородной кислотой плотностью 1,2 г/см³ при соотношении 100:25.

Таблица

Объемное соотношение силиката натрия и кислоты	Время гелеобразования, t=20 °С	Прочность при хранении в воде, через 2 мес, кгс/см2·мин	Вымывание N2O и SiO2 в течение сут, %,
			1		120
			Na2O	SiO2	Na2O	SiO2
100:30 100:25 100:20	24 42 65	12-13,5 6,0-7,5 3,0-3,5	0,1 1,0 1,5	0,1 0,1 2,5	0,2 0,2 1,2	0,05 0,15 1,0

Раствор при соотношении 100:30 не рекомендуется к использованию, так как он характеризуется малым временем гелеобразования высокой степенью выщелачивания геля, снижением прочности и увеличением водопроницаемости с течением времени.

Прочность песков, закрепленных, силикатными растворами с кремнефтористоводородной кислотой, зависит не только от соотношения силиката натрия и кислоты, но и от типа песка (табл. 19.5).

Таблица .

Песок	Состав раствора			Вид сохранения образцов		Прочность на раздав­ливание, кг/см2, в течение			Прочность, %,в течение
	Na2SiO3 плотностью	Кислоты плотностью	объем­ное со-
			отноше­ние				1 сут	28 сут	1 сут		28 сут
Эоло­вый	1,27	1,1	100:20		В воздухе		12,0-17.0	24-6	28-14		36-32
					В воде		7,2-16	2,5-11,4	26-4		18-2,8
Морской	_”_	_”_	_”_		В воздухе В воде		6-10,4 48-14.6	14-29 5,4-16,6	32-3 24-5		36-30 20-3
Аллювиаль	_”_	_”_	_”_		В воз­духе		3-8,3	3,3-9,2	33-5		37-15,4
иый					В воде		2,8-5,6	4,8-7,4	4,5-3,7		23-2,5

Прочность образцов песков, закрепленных силикатнокремнефтористоводородными растворами, (табл. ) является максимальной при газосиликатном упрочнении.

Таблица .

Песок	Вид хранения образцов	Прочность образцов на раздавливание, кгс/см в течение
		1 сут	7 сут	14 сут	28 сут
Эоловый Морской Аллюви­альный	Воздушное Воздушно-влажное Водное Воздушное Воздушно-влажное Водное Воздушное Воздушно-влажное Водное	27,8 19,55 19,0 14,0 8,5 8,0 9,0 8,0 6.8	29,4 22,4 18,3 16,0 8,7 7,6 9,5 8,5 6,5	32,4 23,6 17,5 17,8 9,2 6,5 11,0 8,8 5,5	39,4 25,0 17,0 18,0 12,9 6,0 14,0 12,0 5,2