Силикаты натрия
В общем случае используются для приготовления быстросхватывающихся смесей для закупоривания трещин, и как компонент буровых тампонажных и буферных растворов.
Силикат натрия и метасиликат натрия являются многофункциональными материалами и обеспечивают:
- снижение плотности цементного раствора;
- снижения себестоимости цементного раствора;
- предотвращение разделения твердых частиц;
- ускоряет усадку;
- уменьшает содержание свободной воды в обычных и тяжелых суспензиях;
- обеспечивает хорошее схватывание.
Помимо добавления в цементные смеси, силикат натрия может использоваться до и после цементирования для улучшения цементной связки. Силикат натрия используется:
- для промывания ствола скважины перед цементированием;
- для исправления последствий плохого цементирования.
Для скваженных цементов применяются метасиликат натрия и силикат натрия (жидкий и гидратированный порошок). Метасиликат натрия отличается от силиката натрия тем, что имеет определенную кристаллическую форму. Мольное отношение SiO2 к Na2O составляет 1:1 и имеет химическое обозначение Na2SiO3. Силикат натрия в жидкой и порошкообразной форме определяется по весовому соотношению Sio2/Na2O в диапазоне 1,60 – 3,22.
Метасиликаты натрия
Метасиликаты натрия используются как наполнитель и ускоритель схватывания цемента.
Характеристики безводного метасиликата натрия METSO BEADS 2048 и пятиводного метасиликат натрия METSO PENTABEAD 20 приведены в таблице:
| Продукт | SiO22O, моль /Na | % Na2O | % SiO2 | % H2O | Плотность г/см3 | Размер частиц |
|---|---|---|---|---|---|---|
| METSO BEADS 2048 | 1:1 | 51,0 | 47,0 | 0 | 1,04 | Между 20 и 65 |
| METSO PENTABEAD 20 | 1:1 | 29,3 | 28,4 | 41,6 | 0,88 | Между 20 и 65 |
Силикаты натрия
Силикаты натрия имеют весовое отношение Sio2/Na2O от 1,60 до 3,22 и менее щелочные, чем метасиликаты, характеристики приведены в таблицах.
Жидкие силикаты натрия
| Продукт | SiO2 /Na2O, весовое отношение | % Na2O | % SiO2 | Плотность, г/см3 | pH | Вязкость, сПз | Размер частиц |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | 3,22 | 8,9 | 28,7 | 1,38 | 11,3 | 180 | Между 20 и 65 |
| D | 2,00 | 14,7 | 29,4 | 1,53 | 12,8 | 400 | Между 20 и 65 |
Силикаты натрия, гидратированный порошок
| Продукт | SiO2 /Na2O, весовое отношение | % Na2O | % SiO2 | % H2O | Плотность, г/см3 | Размер частиц |
|---|---|---|---|---|---|---|
| G | 3,22 | 19,2 | 61,8 | 18,5 | 0,70 | 89% — 100 меш |
| GA | 2,40 | 23,8 | 57,2 | 17,5 | 0,61 | 89% — 100 меш |
| GD | 2,00 | 27,0 | 54,0 | 18,0 | 0,73 | 80% — 100 меш |
Применение
Метасиликат натрия широко используется, как недорогой наполнитель, позволяющий обеспечить более высокое содержание воды в цементной смеси. Вода снижает плотность цементной смеси, что уменьшает гидростатическое давление, снижает неоднородность и растрескивание формации. Кроме того, экономически более целесообразно увеличение содержания воды, чем чистого цемента.
Силикат натрия и метасиликат натрия уменьшают подвижность воды в цементной смеси. При растворении их ионы взаимодействуют с ионами кальция в цементе, образуя кальциевый силикатный гидрагель. Именно он эффективно связывает большое количество воды в суспензии без появления свободной воды. Цемент остается гомогенным без разделения твердых частиц.
Свойства
- метасиликат натрия добавляют в количестве 1-4%;
- 2-3% силиката натрия дают такой же выход раствора, как 10% бентонита;
- цементные растворы могут приготавливаться с плотностью от 1,32;
- обеспечивает большую прочность цемента в сравнении с другими наполнителями.
Уменьшение доли свободной воды в обычных и тяжелых суспезиях
Применение метасиликата натрия эффективно для уменьшения подвижности воды в обычных и тяжелых суспензиях. Считается, что такие суспензии содержат меньше воды, типовая концентрация 0,2-0,3% по весу.
Ускорение схватывания
Метасиликат натрия может выполнять функцию ускорителя схватывания цемента. Для надежного ускорения необходимо, чтобы ионы метасиликата оставались в растворе до реакции с ионами Ca+2, иначе произойдет преждевременное гелеобразование.
Свойства
- типовая дозировка – 2-4% по весу цемента;
- легкое перемешивание сухой смеси;
- более медленное затвердевание, чем при использовании других ускорителей (CaCl2), дающее дополнительное время для заливки раствора;
- обеспечивает быструю усадку.
Хранение и обращение с силикатами натрия
Силикат и метасиликат натрия представляют собой очень щелочные вещества. Поэтому требуют осторожного обращения и хранения. Не допускается замораживать жидкий силикат натрия.
