Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы 13
1.1. Условия строительства скважин в Прикаспийской впадине 13
1.2. Осложнения при бурении скважин 14
1.3. Особенности крепления скважин. Требования к тампонажным материалам 18
1.4. Температурные условия формирования цементного камня 30
1.5. Сероводородосодержащие флюиды и их влияние на формирование цементного камня 33
1.6. Глинопорошки, применяемые при бурении скважин 34
1.7. Утяжеленные тампонажные цементы и добавки-наполнители для их утяжеления 37
1.8. Существующие технологии получения порошкообразных материалов для бурения скважин 41
1.8.1. Технология получения глинопорошков 41
1.8.2. Технология помола и гомогенизации тампонажных смесей 44
1.9. Перспективы применения дезинтеграторной технологии при получении порошкообразных материалов для бурения 46
1.10. Выводы из анализа состояния проблемы. Постановка цели и задач работы 51
2. Методы испытаний, средства исследований материалов и теоретические предпосылки их эффективного использования и модификации 53
2.1. Методы исследований, приборы и аппаратура 53
2.1.1. Подготовка материалов к исследованиям 53
2.1.2. Физико-химические методы исследований 53
2.1.3. Оценка свойств водоглинистых суспензий 54
2.1.4. Оценка свойств тампонажных растворов и цементного камня 55
2.2. Лабораторная дезинтеграторная установка 57
2.3. Оценка режимов работы дезинтегратора 59
2.4. Теоретические предпосылки повышения качества глин при их дезинтеграторной обработке 64
2.5. Теоретические предпосылки получения расширяющихся облегченных цементов 70
2.6. Теоретические предпосылки повышения качества цементов при дезинтеграторной обработке 73
2.7. Теоретические предпосылки получения утяжеленных и тяжелых цементов 74
2.8. Теоретические предпосылки применения пластификаторов в дезинтеграторной технологии 83
2.9. Теоретические аспекты повышения термостойкости тампонажных материалов 84
2.10. Теоретические предпосылки разработки расширяющих добавок к утяжеленным цементам 85
2.11. Требования к тампонажным материалам для сероводородосодержащих сред 90
2.12. Выводы по главе 2 97
3. Исследование сырьевой базы 98
3.1. Исследование свойств местных глин 98
3.2. Исследование местных материалов в качестве сырьевых компонентов и добавок для производства утяжеленных и тяжелых цементов 109
3.2.1. Металлургические шлаки 109
3.2.2. Отходы химической промышленности 116
3.2.3. Отходы переработки руд 117
3.3. Исследование вяжущих свойств промышленных отходов 118
3.4. Выводы по главе 3 124
4. Экспериментальные исследования дезинтеграторной технологии получения порошкообразных глиноматериалов из местного сырья 125
4.1. Исследование влияния режима работы дезинтегратора на технологические свойства порошкообразных материалов из местного сырья 125
4.1.1. Влияние числа оборотов дезинтегратора при обработке глин на свойства полученных растворов 125
4.1.2. Исследование влияния влажности глин при их дезинтеграторной обработке на свойства полученных растворов 132
4.2. Исследование эффективности применения дезинтегратора при обработке глинистых суспензий 137
4.3. Выводы по главе 4 139
5. Исследование особенностей дезинтеграторной технологии получения тампонажных материалов 140
5.1. Тампонажные материалы нормальной плотности 140
5.1.1. Влияние дезинтеграторной обработки на степень измельчения тампонажных материалов 140
5.1.2. Водопотребность тампонажных материалов дезинтеграторного приготовления 143
5.1.3. Седиментационная и суффозионная устойчивость, фильтрационные свойства тампонажных растворов из цементов дезинтеграторного приготовления 149
5.1.4. Реологические свойства тампонажных растворов из цементов дезинтеграторного приготовления 154
5.2. Облегченные тампонажные растворы 155
5.2.1. Прочность цементного камня из облегченных тампонажных материалов дезинтеграторного приготовления 155
5.2.2. Облегченный расширяющийся тампонажный материал из местных глин 162
5.3. Разработка составов утяжеленных и тяжелых тампонажных цементов 165
5.3.1. Бесклинкерные утяжеленные цементы на основе ФТШ и СРШ 166
5.3.2. Термостойкий утяжеленный цемент 171
5.3.3. Утяжеленные цементы на основе свинцовых шлаков 172
5.3.4. Утяжеленные цементы на основе никелевых шлаков 172
5.3.5. Утяжеленный цемент на основе целестиновой руды 180
5.4. Разработка утяжеленных расширяющихся цементов на основе местных материалов 182
5.5. Влияние дезинтеграторной обработки на свойства утяжеленных тампонажных материалов 193
5.5.1. Влияние дезинтеграторной обработки на степень измельчения утяжеленных цементов 194
5.5.2. Водопотребность утяжеленных тампонажных цементов дезинтеграторного приготовления 196
5.5.3. Седиментационная и суффозионная устойчивость, фильтрационные свойства растворов из утяжеленных цементов дезинтеграторного приготовления 200
5.5.4. Влияние дезинтеграторной активации на сроки схватывания и загустевания тампонажных растворов 204
5.5.5. Прочность цементного камня из утяжеленных цементов дезинтеграторного приготовления 206
5.5.6. Влияние дезинтеграторной активации на величину объемных деформаций расширяющихся утяжеленных цементов 209
5.6. Выводы по главе 5 212
6. Применение дезинтеграторной технологии для модификации вяжущих 213
6.1. Применение пластификаторов в системе тампонажных вяжущих 213
6.2. Технология двухступенчатого помола при получении тампонажных спеццементов 220
6.3. Выводы по главе 6 234
7. Технология производства, испытания, промышленное применение глинопорошков и специальных цементов дезинтеграторного приготовления 236
7.1. Технологии производства тампонажных материалов из вторичных продуктов промышленности 236
7.2. Передвижная дезинтеграторная установка Д-6911 239
7.3. Специальный цех сухих тампонажных смесей и глинопорошков 243
7.4. Технологическая линия получения порошкообразных материалов 248
7.5. Экспериментальные исследования сероводородостойкости тампонажных материалов дезинтеграторного приготовления 250
7.6. Промысловые испытания коррозионной стойкости тампонажных цементов дезинтеграторного приготовления 256
7.6.1. Испытания в сероводородном газе 256
7.6.2. Испытания в сероводородосодержащей нефти 258
7.7. Промышленное применение порошкообразных материалов дезинтеграторного приготовления 263
7.8. Промышленное применение утяжеленных тампонажных цементов дезинтеграторного приготовления 266
7.9. Применение бесклинкерных термостойких утяжеленных цементов дезинтеграторного приготовления 269
7.10. Выводы по главе 7 270
Заключение 271
Основные выводы и рекомендации 271
Список литературы 274
Приложения 293
- Особенности крепления скважин. Требования к тампонажным материалам
- Металлургические шлаки
- Разработка утяжеленных расширяющихся цементов на основе местных материалов
- Передвижная дезинтеграторная установка Д-6911
Особенности крепления скважин. Требования к тампонажным материалам
Ранее отмечалось, что в разрезе скважин Казахстана встречаются мощные отложения глин континентального и морского происхождения, толщи различных по химическому составу солей, пласты с аномальными давлениями, склонные к гидроразрыву, различные зоны поглощений, а также содержащие агрессивные флюиды и газы. Соленосные отложения встречаются практически во всех нефтегазовых месторождениях, имеют различную мощность и неоднородный состав. В них могут содержаться галит NaCI, сильвин KCIl карналит KCI-MgCb , бишофит МдCI2-бН20 и др. Указанные соли помимо активного влияния на процесс твердения цемента и формирование контакта «цементный камень-горная породаа», оказывают сильное корродирующее действие, снижая физико-механические свойства камня, усиливающееся с ростом температуры.
Анализ литературных данных [16,17,28,34,99,123,156,168,173,200,217] показывает, что для цементирования в солях в зависимости от их мощности и пластичности, наличия проявляющих пластов должны применяться следующие виды тампонажных материалов:
- облегченные, когда необходимо поднять цементный раствор на большие высоты и когда бурение велось на растворе нормальной плотности;
- утяжеленные, когда имеет место пластическое течение солей, проявление рапы или других флюидов в солях и когда бурение велось на тяжелом растворе.
Оба вида тампонажного раствора должны обладать коррозионной стойкостью и способностью к расширению. В зависимости от условий цементирования в каждом конкретном случае свойства этих цементов должны легко регулироваться. Практика цементирования в глинистых отложениях [113,114,128,151,173,200,226], показала, что при применении традиционных цементов не удается получить хорошее качество сцепления цементного камня со слагающими стенки скважин породами, и вопрос качественного цементирования скважин в этих условиях может быть решен при придании тампонажным материалам безусадочности или расширения.
Температурный фактор оказывает большое влияние на основные свойства тампонажных материалов. Характер роста температуры с ростом глубины скважин для каждого района и каждого месторождения имеет свои особенности. Например, если при бурении скважин в Казахстане на Восточном борту Прикаспийской впадины на глубинах 5000 м встречаются забойные температуры 105-115 С, а при достижении глубин 6000 м - 120 - 130 С, то в районах Мангыстау-Устюртской зоны на глубинах до 6000 м забойные температуры могут достигнуть величин порядка 200 - 225 С. На разведочных площадях Атыраусской области отмечена температура 240 С на глубине 4600 м.
Для таких скважин, где по интервалу подъема цементного раствора температура меняется на порядок (от 200 до 20 С), возникает задача получения цементов, обеспечивающих нормальное протекание операции цементирования и образующих равнопрочный долговечный камень на всем интервале его подъема.
Большое влияние на качество цементирования скважин оказывают аномальные пластовые давления, часто являющиеся причиной резких нарушений статического равновесия системы скважина-пласт, приводящим к некачественному цементированию.. Крепление скважин и разобщение пластов в условиях АВПД очень осложнено и требует разработки специальных мероприятий, а также разработки и применения специальных тампонажных материалов.
В настоящее время в буровой практике наиболее широкое применение нашел способ, при котором утяжелитель добавляют к цементу непосредственно на буровой в соотношениях, предварительно опробованных в лабораторных испытаниях. Утяжеленные тампонажные смеси, полученные таким путем с добавкой песка, барита, гематита и других утяжелителей, описаны в работах [42,49,69,83,217,218]. Однако указанные утяжеленные тампонажные материалы являются седиментационно неустойчивыми и очень чувствительны к изменению водосмесевого отношения. При этом часто не получается равномерное смешение вяжущего с утяжелителями, приводящее к нежелательным результатам в процессе твердения цемента в заколонном пространстве. Кроме того, имеющиеся сегодня утяжеленные тампонажные материалы не обладают эффектом расширения. Ввод больших количеств утяжелителя для получения ожидаемой плотности тампонажного раствора приводит к чрезмерному снижению прочности, увеличению газопроницаемости камня. Все это требует разработки и совершенствования технологии получения и применения утяжеленных тампонажных цементов, обеспечивающих создание надежного изоляционного комплекса скважин в условиях АВПД.
Аномально низкие пластовые давления, приводящие к поглощению буровых и цементных растворов, встречены на большинстве месторождений Казахстана и на различных глубинах вплоть до 5000 м Для цементирования скважин в этих условиях, как правило, применяются облегченные тампонажные растворы с плотностью 1400 -1700 кг/м с разнообразными облегчающими добавками, в качестве которых применяются глина, диатомит, опока, зола-унос, перлит, запечная пыль электрофильтров, воздухонаполненные микробаллоны, торф и др.[83 ]. В то же время анализ качества цементирования скважин облегченными цементами показал, что часто не обеспечивается качественное сцепление цементного камня с породами и обсадными трубами. Это обусловлено одним из существенных недостатков облегченных цементов - их склонностью к усадочным деформациям в процессе твердения.
Как известно, облегченные тампонажные материалы получают непосредственно на буровой или на базах буровых предприятий путем смешения компонентоB В необходимых соотношениях в цементосмесителях [65,100,162,167]. Указанная технология не позволяет добиваться хорошей гомогенизации, что, в свою очередь, приводит также к ухудшению качества крепления скважин и разобщения продуктивных горизонтов. Все это вызывает необходимость разработки технологии получения облегченных тампонажных материалов, позволяющей улучшить их технологические параметры.
За последние годы в различных нефтегазоносных регионах отмечаются осложнения в результате проявления сероводорода, содержание которого в пластовых флюидах колеблется от 2 до 25%. Сегодня создано несколько видов се-роводородостойких цементов за счет введения в тампонажный портландцемент различных добавок, но, к сожалению, технология их получения далеко несовершенна [84,133,136,139,178,179,181,206 ].
Аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД) обычно называют пластовые давления, которым соответствуют градиенты Рпл, превышающие 0,0115 МПа на один метр глубины залегания кровли пласта. Согласно Конвенции по нефтяным месторождениям, действующей в США, пласт, разбуриваемый буровым раствором плотностью до 1200 кг/м 3, принимается как пласт с нормальным пластовым давлением. Если разбуривание пласта требует применения промывочной жидкости плотностью больше 1440 кг/м , то этот пласт классифицируется как пласт с аномально высоким давлением. Пласты с промежуточными условиями считаются пластами в переходной зоне [23,61,96,99,183,196,197 ].
Предельная величина АВПД принимается равной горному давлению, хотя известны пласты (в районах горообразования, в некоторых зонах соляных куполов), для которых Рпл Рг.д (табл. 1.1).
С увеличением глубины могут наблюдаться резкие переходы от нормальных пластовых давлений к аномально высоким и наоборот. Обычно между пластом нормального давления и пластом АВПД имеется зона перехода. Чередование зон нормальных пластовых давлений с зонами АВПД требует применения сложной конструкции скважин для предупреждения поглощений в первых зонах и проявлений во вторых.
Разведка и освоение нефтяных, газовых, газоконденсатных месторождений с аномально высокими пластовыми давлениями выдвинули ряд проблем, в первую очередь, проблемы надежной герметизации заколонного пространства, предупреждения многочисленных открытых газовых фонтанов и затрубных газопроявлений, наблюдающихся после цементирования обсадных колонн, особенно в скважинах с газоносным горизонтом. Сверхвысокой пластовой энергией - сверхвысокими аномальными пластовыми давлениями и высокими температурами- обладают недра богатейших нефтегазоносных регионов и месторождений, приуроченных к подвижным неотектоническим активным зонам на суше и на шельфах во всем мире, в том числе в России и странах СНГ (особенно, Казахстан, Узбекистан, Украина и др.) [23,61,96,98,183,196,197,218,225,239]. Высокие и сверхвысокие пластовые давления осложняют и сдерживают освоение крупных ресурсов природного газа и легких ценных нефтей, особенно, на больших глубинах (5 - 7 км и более).
Металлургические шлаки
Исследованные шлаки представлены шлаками производства ферросплавов алюмотермическим способом - ферротитановым (ФТШ), шлаками рафинированного феррохрома - высококальциевым саморассыпающимся (СРШ), отработанными синтетическими шлаками (ОСШ) сталеплавильного производства, шлаками цветной металлургии: никелевым, медеплавильным и свинцовым.
Кроме того, исследована возможность использования в качестве утяжелителей железных руд (гематит, магнетит, сидерит), хромитовых, никелевых, медных, медномолибденовых, молибденовых и баритовых концентратов.
Также была изучена возможность использования в качестве расширяющихся добавок в составе утяжеленных цементов некоторых отходов химической промышленности, в частности, хроматного шлама- отхода производства солей хрома.
Состав и свойства вышеперечисленных шлаков, руд и шлама приведены в табл.3,5.
Ферротитановый шлак (ФТШ). отличается высоким содержанием глинозема А1 203 (66,7%).По химическому составу он близок к глиноземистому цементу. Поданным рентгеноструктурного анализа и дериватограммы (рис.3.1 и 3.2) ФТШ Актюбинском) завода ферросплавов по минералогическому составу представлен в основноМ алюминатами кальция САг и САе. Содержание их в шлаке примерно одинаковое и в сумме составляет 70-80%. В отдельных образцах ФТШ обнаружен в незначительном количестве СА. Минералы САг и СА являются гидравлически активными, они основные составляющие глиноземистого и высокоглиноземистого цементов. Эти минералы обуславливают набор прочности при гидратации и твердении алюминатных цементов. Кроме алюминатов кальция, в ФТШ содержатся также титановые примеси: геленит С2AS, шпинель MgO AI203 (15%) и другие.
Шестиалюминат кальция CAg и галенит считаются инертными, однако проведенные нами исследования позволяют предположить, что в особых условиях эти минералы обладают вяжущими свойствами.
Высокая плотность (3200 кг/м ), наличие в составе ФТШ минералов СА2 , СА, САб и С2AS позволяют считать эти шлаки перспективным сырьем для получения утяжеленных тампонажных цементов (как вяжущее), обладающих расширяющими свойствами. В заводских условиях ФТШ можно получать с заданным минералогическим составом, если при разливе в шлаки вводить известь СаО. При этом введение СаО в ФТШ до 18-20% приводит к образованию (кроме СА и СА2 ) активных минералов Ci2 А/ и СзА. Саморассыпающийся шлак (СРШ), получающийся при производстве рафинированного феррохрома, состоит на 65 - 80% из двухкальциевого силиката у- модификации и 5% Р-С2 8. При медленном охлаждении шлака Р-С2 8 превращается в у -С28. В составе СРШ содержатся также периклазМдО(9-11%), шпинель МдО Сг203 (4 - 9%). ОСРШ представляет собой мелкодисперсный порошок с удельной поверхностью 300 - 400 м /кг. Эти шлаки являются малоактивными вяжущими, т.к. силикаты р-2СаО SiO20 и у -2СаО SiC 2 отличаются медленным твердением при низких температурах, однако оно значительно ускоряется в гидротермальных условиях. Наличие периклаза обеспечивает расширение камня при его твердении.
СРШ не требует дополнительного измельчения и по своему химическому и минералогическому составам представляет интерес как расширяющаяся добавка в утяжеленные цементы , а при высоких температурах, как вяжущее - заменитель цемента.
Отработанный синтетический шлак (ОСШ) - представляет собой порошок с удельной поверхностью 70-100 м /кг и образуется из шлакового расплава при остывании в результате полиморфных превращений двухкальциевого силиката. По химическому и минералогическому составу ОСШ очень близок к глиноземистому цементу и содержит оксиды А1 2Оз- 40-46% , СаО - 41-48%, Si02 - 6-9%, Fe203 -1,5%, МдО - 3-6% и минералы С 12А70 - 40-50%, СА - 20 - 30%, у- С2 8 -15 - 20%, С2 А8- 5 -10%, шпинель - 5-10%, периклаз до 5%, стекловидные фазы -до15%(табл.З.б).
Предварительные исследования показали: ОСШ обладает хорошими вяжущими свойствами, может быть использован в составе утяжеленных цементов как заменитель цемента.
Никелевые шлаки - отвальные шлаки шахтных печей, получаемые в виде гранул в результате технологического процесса шахтной плавки окисленных никелевых руд Кемперсайского месторождения. Плотность шлака 3270 кг/м . Химический состав N1 - 0,17%, Si02 0-47%, FeO - 18-20%, СаО -14-15%, MgO - 8 - 9%, AL203 - 3 - 4%, остальное - стекловидная фаза. Крупность гранул в основном 1-2 мм, содержание кусков крупностью 5 мм не более 10%. Шлак нерадиоактивен, нетоксичен и может быть использован для получения цементов для цементирования скважин в широком интервале температур.
Свинцовые шлаки Чимкентского завода представляют собой продукт плавки сульфидных руд в восстановительной среде и получают их в виде гранул. Химический состав шлака (в процентах) следующий: Si02 - 29,7; AL203 - 5,5; СаО - 17,0; Fe203- 25,1; МдО - 12,1; Pb - 1,8; Zn - 13,4; Си - 0,6, CaCW - 0,57. Модуль основности 0,54; модуль активности - 0,18. Плотность 3930 - 4200 кг/м Судя по плотности и химическому составу эти шлаки могут быть использованы для получения утяжеленных цементных растворов.
Медеплавильные шлаки Балхашского завода - гранулированные, получают при плавке меди. В этих шлаках преобладает стекло. Кристаллические фазы в основном - пироксены, а рудные минералы занимают подчиненное положение Стекловидная фаза - 25%.
Химический состав: Zn - 0,53% ; Си - 0,4%; РЬ - 0,06% ; 5 - 0,28%; Fe -22,0%; SiC-2 - 40%; АІ203 -10%; СаО + МдО - отсутствует. Плотность - 3500 кг/м .
Разработка утяжеленных расширяющихся цементов на основе местных материалов
Совместно с сотрудниками АО КазНИГРИ изучена возможность придания расширяющих свойств ранее разработанным утяжеленным тампонажным цементам. В качестве расширяющих добавок были использованы материалы, описанные в гл.2, в т.ч. хроматный шлам, каустический магнезит, доломитовая пыль производства огнеупоров и сульфоферритный клинкер. Расширяющие добавки вводились в количестве (15 - 30%) в состав утяжеленных цементов с добавкой целестиновой, хромитовой и никелевых руд.
Исследовалась кинетика расширения утяжеленных цементов в зависимости от количества хроматного шлама и каустического магнезита при температурах от 80 до 250 С и давлении 50 МПа. Температурный интервал 80 - 250 С для исследований был определен исходя из того, что цементирование зон АВПД производится именно в этом температурном интервале. Также было исследовано влияние некоторых реагентов - замедлителей сроков схватывания на кинетику расширения утяжеленных цементов. Для примера на рис. 5.12 приведена характерная кривая расширения утяжеленных тампонажных растворов и камня с добавкой 20% каустического магнезита.
Большинство кривых имеют 3 участка: 1-й -водоотделение раствора; 2-й участок, отражающий индукционный период в процессе расширения; 3-й- расширение цементного камня. Кривые сняты на приборе определения расширения , описание которого приведено [104]. Также было исследовано влияние количества вводимого в утяжеленный цемент хроматного шлама при различных температурах.
Результаты исследований приведены на рис. 5.13, из которого видно, что увеличение температуры от 80 до 200 С приводит к уменьшению индукционного периода от 10 до 2 ч. При температуре 200 С расширение практически заканчивается в течение 36 часов и достигает своего максимума, а при 80 С - на третьи сутки. Это объясняется ускорением реакции гидратации оксида магния при увеличении температуры твердения.
Из рис. 5.14,5.15 видно, что кривые расширения утяжеленных тампонажных смесей с добавкой хроматного шлама (20 %) имеют идентичный характер. Здесь температура твердения оказывает большое влияние на интенсивность расширения большее влияние, что, видимо, объясняется также образованием гидрохромалюминатов кальция и гидратацией других составляющих хроматного шлама. Для регулирования сроков схватывания и загустевания расширяющихся тампонажных растворов применяли КМЦ, декстрин, винную кислоту, ССБ, КССБ, НТФ и другие химреагенты с различными функциональными группами.
Учитывая, что в условиях Казахстана бурение и цементирование, в основном, производится в солевых средах, было исследовано влияние различных солей на кинетику расширения утяжеленных цементов с добавкой каустического магнезита и хроматного шлама. Самые хорошие результаты получены при до бавлении комплексных солей, получаемых выпариванием дистиллярной жидкости - отходов содового производства. При введении комплексной соли расширение увеличивается на 0,7 - 1,0% , прочность цементного камня повышается на 30 -40%, снижается водоотделение и улучшается седиментационная устойчивость раствора.
Здесь необходимо отметить, что введение расширяющей добавки в состав утяжеленного цемента явилось наиболее эффективным методом увеличения сцепления цементного камня с ограничивающими поверхностями, например, если силы сцепления со стенками стакана (или труб) после суточного твердения при температуре 120 С и давлении 50 МПа составляют у утяжеленного цемента с добавкой целестиновой руды 0,8-1,2 МПа, то при введении каустического магнезита (15 - 20%) сцепление возрастает втрое. Оптимальные рецептуры утяжеленных цементов с добавкой 20-30% хроматного шлама показали, что силы трения и сцепления камня, сформировавшегося в тех же условиях, растут до 15,2 МПа, т.е. в 11,6 раза выше, чем у контрольных образцов. Ни один из известных способов получения расширяющихся утяжеленных цементов не дает такого большого эффекта.
Также были исследованы технологические параметры расширяющихся утяжеленных цементов на основе хромитовой, целестиновой и никелевых руд. Результаты исследований приведены втабл.5.15,5.16,5.17.
После статистической обработки данных [95], приведенных в таблицах 5.15-5.17, получены зависимости, связывающие прочностные свойства и расширение утяжеленных цементов с составом тампонажного материала и условиями твердения.
Условные обозначения:
X 1 - % добавки хроматового шлама;
X 2 - температура твердения;
Y і - прочность на изгиб через 2-е суток;
У2 - прочность на изгиб через 7 суток;
У 3 - прочность на сжатие через 2 суток;
У 4 - прочность на сжатие через 7 суток;
У5- расширение, %;
Как видно из таблиц и результатов обработки, прочностные характеристики расширяющихся утяжеленных цементов с добавкой хроматного шлама несколько меньше, чем у обычных утяжеленных цементов, но значительно выше РОСТовских требований. Это объясняется тем, что образцы из расширяющихся цементов, твердевшие в условиях автоклава, имеют большие внутренние напряжения, которые при вскрытии автоклава образуют микротрещины в образцах. Естественно, когда цементный камень находится в скважинных условиях, прочность камня гораздо выше. Введение хроматного шлама в состав утяжеленных цементов значительно улучшает реологические свойства раствора за счет наличия содержащихся в их составе солей хрома.
Величина расширения регулируется количеством хроматного шлама в смеси. Таким образом, на основе проведенных исследований установлена возможность получения утяжеленных расширяющихся цементов из промышленных отходов и местного сырья Казахстана с регулируемой величиной расширения в широких пределах в зависимости от требований цементирования скважин.
Передвижная дезинтеграторная установка Д-6911
Передвижная дезинтеграторная установка (рис.7.1) состоит из следующих узлов. На шасси грузового автомобиля КрАЗ-257 прикреплена рама с платформой, на которой смонтированы все узлы агрегата: силовая установка, состоящая из дизельмотора В2-450; дезинтегратор вместе с редуктором; выгрузочный узел дезинтегратора; бункерное устройство с дозирующими и разгрузочными шнеками и ленточным транспортером для питания дезинтегратора и электрооборудования для привода шнеков и транспортера питания дезинтегратора.
Бункерное устройство состоит из двух частей равного объема. Заполнение бункера производится вертикальными загрузочными шнеками. Для заполнения бункеров транспортными лентами, экскаваторами и другими устройствами в бункерах предусмотрены люки.
Дозирующие шнеки смонтированы под бункерами. Вращение дозирующих шнеков производится от электроприводов с магнитными усилителями типа ПМУ-11, позволяющими регулировать скорость вращения шнеков. Два дозирующих шнека подают материал в питательное отверстие дезинтегратора так, что поток материалов, сходящий с транспортерной ленты, выбрасывается на поверхность магнитного сепаратора с целью защиты дезинтегратора от попадания металлических предметов.
У питательного отверстия имеется механический затвор, который автоматически закрывается при отключении магнитного сепаратора. Кроме того, имеются устройства с электрическими блокконтактами, с помощью которых включение транспортерной ленты и дозирующих шнеков возможно только при работе магнитного сепаратора.
Сам дезинтегратор выполнен по схеме, в которой вал первой корзины проходит через полый вал второй корзины. Вал первой корзины соединяется с помощью муфты с валом дизеля. Полый вал второй корзины получает вращение в противоположном направлении через зубчатую передачу в редукторе дезинтегратора от вала первой корзины.
Обрабатываемый материал выходит из дезинтегратора в верхней части кожуха через дугообразную выходную трубу. Поток материала вместе с воздухом направляется в распределительную камеру, где основная часть материала отделяется, а воздух с небольшой частью мелких частиц выходит через горизонтальную трубу мультициклона и далее в рукавный фильтр, где происходит выделение воздуха. Твердый компонент падает через выгрузочную трубку в секторный затвор, который тормозит воздушный поток и пропускает только материал. После секторного затвора имеется устройство для заполнения мешков и контейнеров.
В случае загрузки тампонажных смесей прямо в цементо-смесительную машину устройство для заполнения мешков заменяется устройством для подачи тампонажной смеси в приемные воронки загрузочных шнеков смесительных машин. При загрузке тампонажных смесей в специальные контейнеры КЦМ-5 там-понажные смеси из выходной трубы через приспособление с фильтром направляются в контейнер.
В нижнюю часть рамы автомашины вмонтированы стойки, опускающиеся в рабочем положении с целью разгрузки заполненных бункеров. Спереди у бампеpa автомобиля установлен противовес для улучшения положения центра тяжести автомобиля.
Все приборы и механизмы для управления работой дизельмотора, дезинтегратора и других устройств собраны на пульте управления с правой стороны агрегата.
Для удобства транспортировки агрегата предусмотрены откидная часть платформы с правой стороны машины и транспортные положения лестниц, дозирующих устройств, вертикальных шнеков и приемных бункеров.
Подробная техническая характеристика помольно-смесительного агрегата Д-6911 приведена в [23,104].
Некоторые показатели Д-6911 следующие:
Максимальная производительность, т/час - 20,0
Максимальное количество обрабатываемых одновременно компонентов - 2
Пределы регулирования дозировки (цемента), т/час - 2,0-20,0
Пределы регулирования скорости вращения корзин дезинтегратора, об/мин -1000-18000
Максимальный размер частиц исходных материалов, см твердых материалов -0,6 комков и мягких материалов -0,5
Емкость бункеров, мЗ - 2-3,7
Питание дезинтегратора осуществляется приводом от дизеля В-2-450, загрузочной дозирующей и выгрузочной системы -от 3-х фазной электросети с напряжением 380 В.
Одной из причин недостаточной эффективности передвижной дезинтеграторной установки является низкий предел регулирования числа оборотов. В этой связи совместно с НПО «Дезинтегратор» и АО КазНИГРИ разработана техническая документация на изготовление усовершенствованной конструкции передвижного агрегата. Основной целью при реконструкции являлось увеличение диапазона регулирования числа оборотов. Это достигалось использованием электродвигателей постоянного тока, питающихся от электросети буровой, что позволило регулировать обороты от 100 до 3000 об/мин, что обеспечивало соударение частиц со скоростями от 30 до 260 м/сек. Указанный диапазон позволяет обрабатывать не только тампонажные смеси любого состава, но и глиноматериалы.