用威伦胶控制水泥浆失水并改进其悬浮性能的方法技术

描述了含有０．０１－０．９％（重量／重量）Ｗｅｌａｎ胶的水泥组合物，即灰浆、结构混凝土、预制混凝土以及油田水泥。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
混凝土和灰浆是含有骨科(例如砂及石块)和水的水泥组合物。当把水加入水泥中时，形成一种浆料，其后硬化成为固体结构。在这些水泥组合物中还使用了各种添加剂，以改变其性质使之适于具体用途。所以，使用长的纤维，例如石棉可减轻这些浆料的下陷，因此在竖面上铺面砖时是有好处的。当水泥需要在零下温度浇注时，可使用冰点降低剂。在水泥中使用纤维素聚合物可防止浆料中颗粒物质沉降。为此目的使用了膨润土。其他聚合物，例如聚乙烯醇和聚甲基丙烯酸甲酯可在泵送这些浆料时减小摩擦力，或者改进其易施工性质。煅制氧化硅用作为制造高强度混凝土和降低渗透性的添加剂。业已发现，按干水泥计含有0.01-0.9%(重量)威伦(Welan)胶的水泥组合物具有改进的易施工性、骨料悬浮作用、加气效果、防止下陷、流动特性以及防止失水性能。此外，这些改进在高温仍能保持(即高于93℃)。Welan胶的优选用量为0.1-0.5%。这里水泥组合物的涵义是水硬性水泥，即磨细并经煅烧的硅酸钙与铝酸钙，它们与水混合后发生反应，形成硬而似岩石的块状物。因此，此处所用的水泥是指许多种已知的水泥组合物，例如波特兰水泥、火山灰水泥(含有约15-40%火山灰)、高炉矿渣水泥、矿渣水泥(含有高炉矿渣和熟石灰)、圬工水泥(例如粘结灰浆)、建筑混凝土(含有砂及骨料)、油井水泥(即含有缓凝剂的水泥，用以防止快速凝固，于是可将之应用在高温高压的深井环境)、矾土水泥(含多量铝酸钙)、膨胀水泥(含高浓度硫酸盐及氧化铝，在硬化时会膨胀)、加气水泥(含有能保留空气泡的物质，因此得到耐霜冻和耐化学品的混凝土)、轻混凝土(含有低密度物料，例如熔渣、浮石、泡沫熔渣、飞灰、气体、木材等等)、重混凝土(含有高密度物料，如重晶石、铁矿石(即钛铁矿或赤铁矿)、钢等等)，还有低热混凝土(具有改进的组成，使得凝固过程中产生热量最少)。关于油田水泥，在钻地下油井时，要求将井眼表面用空的套管作为内衬。用一种稀水泥浆将套管附着在井壁上，从而将套管固定就位。将稀水泥浆从套管之内泵送到井底，然后又从套管与井壁之间的环形空间返上来，使之到达应有位置。然后让这些水泥凝固数小时而具有一定强度，才能开始其他作业。注水泥的目的是1.借助物理拉紧作用而对套管增加支持力，或是防止地层压力施加在套管上。2.使套管外面的每个地层分开，于是流体不能从一个地层流到其他层。这样就可以按特定产油带进行开采。3.尽量减少套管与腐蚀性地层水的接触，防止腐蚀。油田水泥与建筑用水泥(即波特兰水泥)基本相同。美国石油学会对油田水泥订立了规格。这些类别为由“A”至“H”、“J”以及“N”，它们全部适用于本专利技术的组合物。油田水泥中的添加剂是按下列一个或多个目的而在该水泥浆中混入的物质1.减小或加大密度;2.增大体积，从而降低单位成本;3.加速或减缓水泥浆稠厚时间;4.提高强度;5.防止全水泥浆的损失;6.提高或改进耐久性;7.减小水泥浆的失水量;8.提高或降低水泥浆的粘度。一种“净”水泥浆(只是水和水泥)的失水极快并且失水量极高。当水泥浆与多孔性地层岩石(例如含油砂岩)接触时，由于水渗滤到地层中而使之很快脱水。这样就造成该水泥“骤凝”。这样就有可能在全部水泥浆泵入该环形空间之前，或是在把套管放在正确位置之前，把套管结在井壁上。为防止从此种水泥浆中失水，应用浓度为0-14%的膨润土(重量/重量，按干水泥计)。羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)和羟乙基纤维素(HEC)、纤维素聚合物的使用量为由0.2至0.9%。本专利技术的目的之一是应用Welan胶来防止水泥浆失水，该种胶的使用浓度为0.01-0.9%(重量)，最好为0.1-0.5%。Welan胶(亦称S-130)是一种杂多糖，在美国专利4，342，866中有所描述。所以，本专利技术的实施方案之一就是防止水泥浆失水的一种方法，包括向所述的水泥浆中加入0.01-0.9%(最好0.1-0.5%)的Welan胶(以干重量为基准)。在本专利技术的一个优选实施方案中，该水泥浆的温度是在93-127℃范围。Welan胶并不象膨润土那样会降低水泥浆的密度并增加需水量。该种纤维素聚合物是很强的缓凝剂，并且需要分散剂。这些纤维素物质随着温度增高逐渐失去防止失水的效能，高于93℃几乎完全无效能。Welan胶就不需用分散剂，并且用比纤维素聚合物更低的浓度，在高达127℃仍显示出优良效能。本专利技术的另一目的是应用Welan胶作为水泥浆的悬浮剂。虽然在美国专利4，342，866中已描述过，Welan胶在盐水中是一种优良增粘剂和悬浮剂，但并未预期该聚合物能与水泥浆相容，并且能提高水泥浆的悬浮性质。许多其他种市售聚合物不能与水泥浆相容，或者在水泥浆中不起作用。Welan胶的相容性和悬浮性质在几个油田和工业应用中带来好处。例如，Welan胶能提高水泥组合物的易施工性，亦即能改进水泥浆进入到狭窄拥挤部位的能力，例如进入到钢筋的周围，同时不发生骨料沉降。在此种条件下，硬或者“干”的混凝土浆就非常难进入就位，但流动性高的“湿”混凝土浆又使混凝土强度不高，并且会发生骨料沉降。所以，本专利技术的另一实施方案是改进水泥浆悬浮性质的一种方法，其中包括按水泥干重量基准计加入0.01-0.9%(最好0.1-0.5%)的Welan胶。在本专利技术的一个优选实施方案中，该水泥浆的温度是93-127℃。在这些用途中，通常使用一种添加剂或掺混剂来分散(或塑化)该水泥浆。该分散剂使水泥浆的粘度降低，于是就有可能搬运、泵送或以其他方法将该水泥浆送到位置。该水泥浆一经分散并使粘度降低之后，那些水泥颗粒即开始沉降，并且大大加速水从水泥浆中浮向表面。应用Welan胶可防止这些经分散的水泥组合物的分离。分散剂(或塑化剂)的使用浓度可有很大变化，取决于该种水泥浆的配方、所用的添加剂以及在该用法中所需水量百分率。一般情况下，该分散剂浓度以该水泥浆中干水泥重量为基准计为0.1至1.5%。本专利技术的另一实施方案是含有0.1-1.5%分散剂和0.01-0.9%(最好是0.1-0.5%)Welan胶的一种水泥浆，两者均按水泥干重量基准计。含有Welan胶的水泥浆显示随着固化进程而具有更均匀的密度。Welan胶的悬浮性能保持该水泥浆更均匀，产生的骨料沉降较少，并且在该水泥浆表面游离水较少。由于Welan胶是极优的水泥悬浮助剂，它可以用于悬浮其后加入到水泥浆中的液态混合物。例如，煅制氧化硅是一种几乎含100%无定形二氧化硅的白色疏松粉末，是用于制成高强度、低渗透性混凝土的添加剂。由于其松密度极低，它在粉末状时是很难于搬运及操作的。因此，需要使用煅制氧化硅的水基配制物，这样就方便得多。但这类配制物放置一天以上就会沉降。于是用Welan胶就能在煅制氧化硅配制物中发挥极为有利的悬浮性能，并且使用这样的配制物就成为向水泥组合物中加入Welan胶的便利方式。类似的水基组合物是在应用Welan胶的性能，使水泥添加剂中颗粒物质悬浮的本专利技术的范围之内。在某些用途中，该种水泥浆的粘度已经够高，由于加入Welan胶等添加剂而进一步增高粘度，从运输或将水泥浆送至应有位置方面讲已是不符合要求。这对于既要求使水泥浆的粘度尽可能低，又要求完全不发生水泥浆沉降，同时仍能防止失水的水泥尤其是这样。对于这些用途，可以制备一种较低粘度并保留防失水性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水硬性水泥组合物，其中按干水泥重量基准计包含有０．０１－０．９％（重量）的Ｗｅｌａｎ胶。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗洛伊德L艾伦，格伦H贝斯特，托马斯A林德罗夫，
申请(专利权)人：孟山都公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]