Способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов

"Ф ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 1 ОПИСАНИЕ ИЭОБР Н АВТОБУСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени институт не 4 еемической и газовой проиасленноснм И.М.Губкина(56) 1. Булатов А.И. Цементнрова- .ние глубоких сквакин. М., "Недраф,1964, с, 144-161.2. Бутт Ю.М. Технология цементаи другюс вяжущюс материалов. М ,Стройиздат; 1964, с. 148 (прототип).; 801164393 А(54) (57) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ТАМПОИАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ,включающий раздельное предварительное измельчение компонентов, доэирование смеси и совместное доизмельчение ее в помольно-смесительном устройстве, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качества многокомпонентных тампонааньйсматериалов. и экономии энергии, раздельное предварительное измельчениепроизводят до удельной поверхности2-3500 смф /г, а совместное доиэмельчение производят в деэинтеграторе с приложением измельчаемому материалукинетической энергии 9"120 кДа на1 кг материала в течение 0,01-0,011643Изобретение относится к горнойпромышленности, а именно к нефтегазодобывающей промышленности, иможет быть использовано при приготовлении тампонажных материалов для 5цементирования нефтяных, газовых идругих глубоких скважин,При цементировании глубоких скважин часто возникает необходимость вприменении многокомпонентных тампонажных материалов для получения изних растворов со специальными свойствами - пониженной или повышеннойплотности, повышенной термостойкости и т.д, 15Известен способ приготовлениямногокомпонентных тампонажных материалов путем раздельного измельчениякомпонентов до нужной тонкости ипоследующего смешения. Таким образом 20обычно готовят бентонито-цементныеоблегченные илй барито-цементныеутяжеленные смеси из готового тампонажного цемента и глинопорошка ипорошкообразного барита, а также 25цементно-песчаные смеси Ц .,Недостаток заключается в том,что первоначально легко задать нужнуютонкость измельчения каждого компонента, но при последующем смешении 30трудно получить. необходимую степеньгомогенности смеси.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов,включающий раздельное предварительноеиэмельчение компонентов, дозированиесмеси и совместное доизмельчение еев помольно-смесительном устройстве 2 Д . 40Недостатком приготовления тампонажных материалов являетсятрудностьрегулирования тонкости измельченияотдельных компонентов.Режим измельчения в шаровой мельнице характеризуется относительноСлабыми многократными ударами мелю- .щих тел по слою материалов и истирающим действием перекатывающихсямелющих тел. Необходимая для измельчения кинетическая энергия прилагается к материалу в течение 10-40 мин.Если готовят специальный тампонажный материал для растворов пониженной плотности (облегченный тампокажный цемент), то желательно получить максимально возможную тонкостьизмельчения одного компонента -93 г облегчающей добавки при определенной оптимальной тонкости измельчениядругого компонента - вяжущего вещества. Для получения максимально возможной тонкости измельчения облегчающей добавки увеличивают продолжительность измельчения (при непрерывном процессе уменьшают аспирацию, увеличивают длину мельницы или кратность пропускания через агрегат) или уменьшают загрузку мельницы измельчаемым материалом, т.е. уменьшают толщину слоя материалу между мелющими телами, Однако это одновременно приводит к нежелательному переиэмельчению вяжущего вещества и излишнему расходу энергии на этот процесс. Излишне тонкое измельчение вяжущего вещества затрудняет замедление схватывания тампонажного раствора при повышенной температуре.Если же готовят утяжеленный тампонажный цемент, то желательно получить более высокую тонкость измельчения вяжущего вещества по сравнению с утяжеляющей добавкой, что также невозможно осуществить.Аналогичным образом трудно достижима рациональная тонкость измельчения отдельных компонентов и в других специальных тампонажных материалах - расширяющихся, термостойких, коррозионностойких цементах.Кроме того, недостатком известного способа является также излишне большой раСход энергии на измельчение тампонажных материалов, содержащих мягкие, легко разрушающиеся агломерированные компоненты - комовую глину, диатомпт, мел, барит и т.п. Это объясняется тем, что в шаровой мельнице мелющие тела "тонут" в слое из-. мельчаемого материала, не производя эффективной работы измельчения.Цель изобретения в . повышение качества многокомпонентных тампонажных материалов и экономия энергии.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу приготовления многокомпонентных тампонажных материалов, включающему раздельное предварительное измельчение компонентов, дозирование смеси и совместное доиэмельчение ее в помольно-смесительном устройстве, раздельное предварительное измельчение произво/дят до удельной поверхности 2- 3500 см/г, а совместное доизмельчение производят в дезинтеграторе с приложением к измельчаемому материалу кинетической энергии 9-120 кДж на 1 кг материала в течение 0,01- 0,2 с.5Раздельное предварительное измель-чение доудельной поверхности 2- 3500 см /г (размер кусков 10 мм в поперечнике) и совместное доизмельчение в дезинтеграторе с приложени-10 ем 9-120 кДж на 1 кг материала за 0,01-0,02 с позволяет повысить качество многокомпонентного тампонажного материала и сэкономить энергию.Раздельное предварительное из мельчение до размеров частиц не более 10 мм в поперечнике (уд,поверхностью около 2 г/см) производится для облегчения и повышения точности дозирования, а также для улуч шенйя условий смешания при последующем совместном доизмельчении в помольно-смесительнои устройстве, Кроме того, предварительно до более высокой удельной поверхности (но 25 не более 3500 см /г) измельчают прочные компоненты, плохо измельчающиеся при ударном воздействии на стадии доизмельчения, например кварц, портландцементный клинкер и тп.Приложение энергии менее 9 кДж на 1 кг материала не дает достаточного измельчения даже мягких и агломерированных материалов, приложение энергии боле 120 кДж на 1 кг сопряжено с большими потерями энергии на преодоление аэродинамических сопротивлений или значительным усложнением конструкции дезинтегратора для обеспечения возможности измельче ния в вакууме.Уменьшение. времени приложения энеугии менее 0,01 с потребовало бы уменьшения расстояния между роторами до величины, требующей предваритель ного измельчения даже мягких и агломерированных материалов до кусков менее 10 мм, что не эффективно, увеличение продолжительности свыше0,02 с означало бы увеличение числа 50 рядов в роторах или уменьшение скорости соударений. Первое значительно увеличило бы аэродинамические потери, второе - привело бы к возможнос. ти "проваливания отдельных кусков 55 незимельченньви.Совместное доизмельчение в дезинтеграторе в указанном режиме позволяет каждой частице, находясь вовзвешенном состоянии, получить равное с другими число одинаковых по мощности ударов. При этом куски агломерированных и легко диспергируемык материалов (диантомит, мел, галит и др,) распадаются на отдельные мелкие частицы. Монолитные же и прочные куски, например портланцементный клинкер, измельчаются при той же интенсивности в значительно меньшей степени,Это обеспечивает высокоэфФективное измельчение малопрочных и агло-мерированных материалов до высокойудельной поверхности без существенного дополнительного измельчения прочных .и неагломерированных материалов,что обеспечивает экономию энергии.Возможность получения высокойудельной поверхности облегчающих добавок позволяет вводить их в облегченные тампонажные материалы в мень-шем количестве, что обеспечиваетповышение качества облегченных тампонажных цементов за счет меньшего разбавления активного вяжущего вещества. Отсутствие излишнего измельчения активного вяжущего вещества предотвращает ускорение схватывания тампонажных устройств при повышенной температуре.При совместном доизмельчении утяжеленных тампонажных,материалов с легко измельчаемыми утяжеляющими добавками (баритом, гематитом и т.п.) применение режимов с относительно малым расходом кинетической энергии при ограниченной продолжительности воздействия позволяет избежать нежелательного переизмельчения утяжеляю-. щей добавки и увеличения ее водо- потребности и, таким образом, повысить качество тампонажного материала, а также сэкономить энергию на измельчение.Подобным образом повышается качество и экономится энергия при приготовлении и других многокомпонентных тампонажных материалов.Способ осуществляют следующим образом.Компоненты тампотажного материала предварительно измельчают раздельно до различной тонкости измельчения, но с предельным размером кусков не более 10 мм. При этом наиболее твердый компонент измельчают в наиболь93 5 11643 шей степени с учетом того, что при совместном с другими компонентами доизмельчении в дезинтеграторе произойдет небольшое увеличение тонкости измельчения.5Менее твердые компоненты предварительно измельчают в минимальной степени, зависящей от конструктивных особенностей дезинтегратора. Тонкость предварительного иэмельче О ния каждого из компонентов выбирают такой, чтобы происходило эффектив-. ное доизмельчение в дезинтеграторе до требуемой по условиям применения удельной поверхности. После этого 15 производят дозирование смеси предварительно измельченных компонентов известными способами и в известных устройствах и доизмельчение в дезинтеграторе с приложением кинети ческой энергии 9-120 кДж на .1 кг измельчаемого материала, причем режим отработки выбирают в зависимости от дисперсности предварительно измельченных компонентов их физических 25 свойств и требуемой дисперсности в готовом тампонажном материале.П р и м е р 1. Требуется приготовить облегченный тампонажный цемент для горячих скважин из портланд-ЗО цементного клинкера и вольской опоки. Портландцементный клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности 2000 см /г (средний размер частиц в поперечнике 2 10 мм). Вольс.3 кую опоку измельчают в дробилке с продольным отверстием 10 мм,Измельченные портландцементный клинкер и опоку дозируют в массовом отношении, обеспечивающем высокую термостойкость цементного камня - 50:50. Производят совместное. доизмельчение в дезинтеграторе при режиме, обеспечивающем приложение кинетической энергии 50 кДж на 1 кг ма териала в течение 0,01 с.П р и м е р 2. Требуется приготовить облегченный тампонажный цемент для холодных скважин из портландцементного клинкера и сенгилеевского диатомита и гипса, Портландцементный клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности3500 см /г, диатомит и гипс измельчают до размеров кусков в попереч-.нике не более 10 мм. Измельченныепортландцементный клинкер, сенгилеевский диатомит и гипс дозируютпо массе в соотношении 75:20;5 и доизмельчают в дезинтеграторе с приложением кинетической энергии 120.кДж на 1 кг материала в течение 0,02 с.П р и м е р 3. Требуется при-готовить утяжеленный тампонажный цемент из портландцементного клинкера, гипса и гематита. Портландцементный клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности .3500 см /г, гипс и гематит измельчают до размеров кусков не более 1 О мм в поперечнике. Измельченные портландцементный клинкер, гематит и гипс дозируют в соотношении 56:40:4, Производят совместное доизмельчение при режиме, обеспечивающем приложение кинетической энергии 9 кДж на 1 кг материала в течение времени 0,01 с.Свойства тампонажных материалов, приготовленных по предлагаемому способу и способу-прототипу приведены в таблице., Данные таблицы показывают, что по предлагаемому способу в заявленных границах значений режимных параметров получаются специальные тампонажные цементы значительно лучшего качества по сравнению с прототипом.Преимуществом предлагаемого способа приготовления тампонажных материалов является легкость регулирования режима измельчения в очень широких пределах - от смешения при незначительном доизмельчении до сверх- тонкого измельчения.ность г/смз мость,см Начало Конец водо- отде- ления,Облегченный тампонахный цемент из портландцементного клинкера, опокн и гипса 0,9 25 1,2 1,5 75. 0,35 3-10 25,6 Свойства неудовлетворительные 0,9 25 1,5 1,5 75 1-30 2-45 28,1 Облегченный тампонакный цемент иэ гашеной извести и диатомита 1,6 24 2,5 1,3 75 1-50 2-30 . 25 2-00 2-45 29 0,8 1,3 .75 1,6 24 Облегченный тампонашный цемент из портландцементных клинкера, диатомитаи гипса 5-50 8-45 15 2,0 22 0 Супероблегченныйраствор 1,27 22 1,5 18 0,51,6 22 8-30 12-15 21 Утяшеленный тампонакный цемент из портландцемента, гематита и гипса 0,36 180,8 2,1 75 2-50 2-45 30,7 Свойства неудов- летворительные О 36 13 0 2,1 Свойства неудовлетворительные 150 2-35 18 0,36 18 0,1 2,1 75 0,53 18 0 1,9 75 3-30 4" 45 21,2 Плохое смешение компонентов Составитель Е.Молчанова Редактор Н.Киштулинец Техред З,Палий Корректор М. СамборскаяЗаказ 4166/30 Тирам 540 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ушгород, ул. Проектная, 4 ратура испытания,С Прочностьпри изгибе через2 суттвердения,кгс/смф