Файл: Воронкевич, С. Д. Газовая силикатизация песчаных пород.pdf

мелкозернистый песок, в содержании которого фракция 0,10—0,05 мм составляет 41,85%, но почти полностью отсут­ ствуют частицы крупнее 0,25 мм, после закрепления имел прочность порядка 12— 17 кг/см2.

Влияние размера частиц пород на прочность закрепления отчетливо прослеживается при закреплении фракций «чис­ тых» минералов (табл. 20). В этом случае исключается влия­ ние других факторов, как, например, наличие частиц иного

0,10—0,05 мм кварца, микроклина, кальцита и роговой об­

минералов выше у фракций размером 0,10—0,05 мм. Проч­ ность после закрепления фракции минералов размером 0,10—0,05 примерно в 1,5—2 раза выше прочности фракции 0,25—0,10 тех же минералов. Уменьшение размера частиц сопровождается возрастанием контактов между частицами, что приводит к увеличению общей площади взаимодействия цемента и минералов и упрочнению.

Влияние глинистых частиц на процесс закрепления спе­ циально не изучалось. Однако тонко-, мелкозернистая супесь (fglQiidm) с содержанием частиц <1 мк, равным 2,18%, после ее закрепления имела прочность 9—-10 кг/см2. Мелко­ зернистый песок (fglQiii), в составе которого преобладают

70

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА

Проявление особенностей минерального состава песков при закреплении методом газовой силикатизации песчаных пород изучалось как па фракциях основных породообразую­

Рис. 9. Микрофотография частиц дробленого кварца, (фракция 0,1— 0,0о мм) (увеличение 1000)

Фракции минералов размером 0,25—0,10 и 0,10—0,05 мм получались дроблением минералов в шаровых мельницах с последующей магнитной сепарацией и разделением частиц.

71

Частицы дробленого кварца, по данным электронноми­ кроскопических исследований1, имеют остроугольную форму. На поверхности частиц при больших увеличениях обнаруже­ ны микродефекты в виде сколов и ребер (рис. 9). Частицы

Рис. 10. Микрофотография частиц дробленого микроклина (фракция 0,1—0,05 мм) (увеличение 1000)

микроклина имели прямоугольную форму, с неровными края­ ми и хорошо прослеживающимися плоскостями спайности (рис. 10). При большом увеличении обнаруживались неров­ ности поверхности, особенно по сколам граней. Разрушение кальцита происходило также в основном по спайности. На рис. 11 отчетливо видны шероховатость поверхности, ее не­ ровности с включением тонких частиц. Инфракрасноспектро­ метрические исследования фракций минералов позволили установить, что в спектре кварца не наблюдается широкая полоса поглощения в области 3200—3600 см-1. Это свидетель­ ствует о том, что исследуемый порошок кварца не содержит молекул воды.

1 Электронномикроскопнческне и инфракрасиоспектрометрнческие ис­ следования проведены Е. Н . Огородниковой.

72

Инфракрасный спектр кальцита дает две интенсивные по­ лосы поглощения, соответствующие частоте 885 см-1 и 1470 см-1, присутствие которых связано с колебаниями групп С 0 3, находящихся в структуре кальцита. Тонкодисперсный порошок кальцита, так же как роговая обманка н микроклин, имеет полосу поглощения при частоте 3340 см-1.

Обработка порошков минералов производилась по опи­ санной выше методике раствором жидкого стекла удельным весом 1,19 с силикатным модулем 2,82 и углекислым газом под давлением 4 атм.

Наименьшую прочность (табл. 21) после закрепления име­ ли образцы фракции кварца размером 0,25—0,10 мм с исход­ ным коэффициентом фильтрации 7,77 м/сут, т. е. наименьшим из исследованных фракций минералов. Это объясняется двумя взаимосвязанными причинами: высокой твердостью свежих зерен кварца и отсутствием гидратированных пленок на по­ верхности зерен. Последние, будучи жесткосвязаннымн с ядром песчаных зерен, обычно обусловливают прочное за­ крепление геля кремниевой кислоты на поверхности песка пу­ тем встроения пленок в структуру полимеризующегося геля.

алюминия при дроблении минерала создают благоприятные условия для образования прочных контактных связей между гелем кремневой кислоты и поверхностью полевого шпата.

Большие значения прочности закрепления получены при закреплении кальцита, особенно мелкой фракции (размером 0,10—0,05 мм). Прочность закрепленного порошка кальцита 0,10—0,05 мм достигает 24—27 кг/см2. В данном случае вы­ сокая прочность обусловлена химическими реакциями. Каль­ цит, представляющий собой чистый кристаллический С а С 0 3, при насыщении углекислым газом частично растворяется с образованием бикарбоната кальция:

СаС03 + СО* + НаО = Са (НС03)2.

Реакция протекает на поверхности твердой фазы и, следова­ тельно, является функцией удельной поверхности кальцита.

Увеличение поверхности минерала сопровождается уско­ рением реакции взаимодействия углекислого газа с кальци­ том. О реальности реакции с образованием бикарбоната

74

75