СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО СОСТАВА ДЛЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ СООРУЖЕНИЯ В ПОРОДАХ ВОДОРАСТВОРИМЫХ СОЛЕЙ
METHOD OF PRODUCING GROUTING COMPOSITION FOR WATERPROOFING STRUCTURE IN ROCKS OF WATER-SOLUBLE SALTS

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам получения тампонажных составов для гидроизоляции сооружений в породах водорастворимых солей.
7
Известен способ получения гидролизованного полиакриламида (ГПАА) для гелеобразующих составов, включающий приготовление реакционной смеси, содержащей водный раствор акриламида и солей щелочных металлов угольной кислоты, обескислороживание, полимеризацию акриламида с совмещенным гидролизом при нагревании указанной реакционной смеси под действием инициаторов радикального типа, перед обескислороживанием приготовленную реакционную смесь выдерживают в течение 2-4 часов при температуре 25-40°C (Пат. 2175975 Российская Федерация, МПК C08L 101/14, Е21В 43/22, C08F 220/56, C08F 220/04. Способ получения гидролизованного полиакриламида для гелеобразующих составов. - З. №2000106083/04, заявл. 13.03.2000, опубл. 20.11.2001, бюл. №32).
Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает надежности тампонирования в условиях водорастворимых пород.
7
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вязкоупругий состав для изоляционных работ в скважинах, включающий полиакриламид (ПАА), сшиватель, соляную кислоту, наполнитель и воду, в котором в качестве сшивателя содержится уротропин или формалин, а в качестве наполнителя лигнин или древесная мука хвойных пород (Пат. 2147672 Российская Федерация, МПК Е21В 33/138, Е21В 43/32. Вязкоупругий состав для изоляционных работ в скважинах. - З. №98119387/03, заявл. 26.10.1998, опубл. 20.04.2000).
Недостатком данного состава является то, что после тампонирования щелей во время сшивки водный раствор полиакриламида растворит соли, с которыми он контактирует, в результате чего образуются новые пустоты (щели) и цель тампонирования, а именно полное заполнение пустот и щелей не будет достигнута.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении тампонажного состава, повышающего надежность гидроизоляции подземных сооружений в породах водорастворимых солей за счет гидроизоляции поверхности сооружения в широком диапазоне регулируемого времени, температуры и степени минерализации воды.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения тампонажного состава для гидроизоляции сооружения в породах водорастворимых солей, включающий приготовление смеси, содержащей водный раствор полиакриламида и сшивающего агента, для приготовления смеси используют концентрированный водный раствор низкомолекулярного полиакриламида, а перед добавлением сшивающего агента вводят насыщенный раствор солей, в которых находится гидроизоляционное сооружение, и дополнительно соли того же состава в количестве, необходимом для насыщения водного раствора полиакриламида.
Объем вводимого раствора солей определяется требуемой рабочей вязкостью тампонажного состава. Соли для насыщения водного раствора низкомолекулярного полиакриламида добавляют в измельченном виде.
В подземных рудниках периодически возникает необходимость производства гидроизоляционных работ. Для гидроизоляции подземных сооружений в условиях водорастворимых пород (соляных, калийных рудников), в частности в условиях калийно-магниевых солей, необходимо иметь гидроизолирующий состав, который набухает в водных растворах низкомолекулярных электролитов гидрогеля в сочетании с устойчивостью к действию солей.
Для обеспечения селективного изменения водопроницаемости подземных структур проводят герметизацию поверхности подземных сооружений с использованием материалов, частицы которых после попадания в пласт увеличивают свои геометрические размеры и прочно удерживаются за счет этого в породе. При этом на поверхности пласта или подземного сооружения образуется изолирующий экран герметичного гелеобразного полимерного слоя требуемого объема в зависимости от проницаемости поверхности горной породы. Требуемая скорость гелеобразования достигается изменением концентрации полимерной дисперсии, размером полимерных частиц и скоростью набухания их в воде.
Осуществление предлагаемого способа приводим для условий Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей.
Тампонирование гидроизоляционного сооружения в сильвинитовом пласте, состоящем из солей NaCl (71%) и KCl (29%), произведено в следующей последовательности.
Первоначально определяют затраты времени на тампонаж. Потребное время тампонажа - не менее 20 часов. С запасом принято, что время гелеобразования должно быть 25-28 часов.
3
Экспериментально установлен следующий состав 1 м тампонажной композиции с требуемым временем гелеобразования.
Водный раствор 31%-ного полиакриламида (ПАА) - 510 л.
Раствор, насыщенный NaCl и KCl, - 398 л.
Мелкодробленая смесь солей NaCl (71%) + KCl (29%) - 137 кг.
37%-ный раствор формалина - 25,5 л.
Тампонажную композицию готовили в следующей последовательности.
Формалин смешивали с раствором NaCl + KCl, после перемешивания добавляли в него водный раствор 31%-ного ПАА и мелкодробленую смесь солей NaCl + KCl и перемешивали в течение 10-15 минут.
Эффективность применения полимеров акриламида в гелеобразующих составах оценивали по времени гелеобразования и величинам динамической вязкости составов.
Концентрированные водные растворы полимеров акриламида были испытаны при температурах от 10 до 50°C в водных гелеобразующих составах, содержащих сшивающие агенты.
Примеры.
Эффективность предлагаемого состава для гидроизоляции сооружения в породах, водорастворимых солей, имеющего вид геля, подтверждается результатами лабораторных испытаний.
Определялись зависимости времени гелеобразования от параметров водных гелеобразующих составов: концентрации ПАА, ГПАА и сшивающих агентов, рН исходных водных растворов ПАА, минерализации воды и температуры гелеобразования.
Лабораторным испытаниям подвергалось 17 гелей различного состава (табл. 1) при их контактировании с водой и растворением солей.
Испытания проводили следующим образом.
Образцы сшитого геля начальным объемом 80 мл помещали в сосуд и заливали в него 300 мл жидкостей различного состава. Через определенные промежутки времени жидкость выливали, определяли ее объем и снова заливали в сосуд. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 следует, что гели, приготовленные на воде при контактировании с раствором солей, уменьшаются в объеме, что не обеспечивает герметизацию, а гели, приготовленные на растворе солей с добавлением солевого порошка, увеличиваются в объеме, что обеспечивает надежную герметизацию тампонирования соляной породы.
Кроме того, лабораторными испытаниями установлено, что время гелеобразования водного раствора ПАА увеличивается:
- при уменьшении температуры (от 50 до 10 градусов - в 10-20 раз);
- при уменьшении концентрации ПАА (от 20 до 5% - в 10-20 раз);
- уменьшении концентрации формалина (от 3,5 до 1% - в 10 раз);
- увеличении рН-гелеобразующего водного состава (от 3 до 10 - в 10 раз);
- увеличении минерализации водного гелеобразующего состава (в присутствии хлористого натрия с массовой концентрацией 15% - в 2 раза);
- увеличении характеристической вязкости ПАА (от 1,4 до 0,4 дл/г - в 4-8 раз).
Для получения формоустойчивого полимерного геля в течение 24 часов при 10°C необходимо использовать гелеобразующий состав с высокой степенью минерализации и с рН менее 6, содержащий 1,7% масс. формалина и 20% масс. полиакриламида, имеющего характеристическую вязкость менее 0,5 дл/г.
Использование предлагаемого технического решения позволяет получить гидроизолирующий состав, обеспечивающий надежность гидроизоляции подземных сооружений в породах водорастворимых солей за счет гидроизоляции поверхности сооружения в широком диапазоне регулируемого времени, температуры и степени минерализации воды.