Способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов

 

СГОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ТАМПОНАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий раздельное предварительное измельчение компонентов, дозирование смеси и совместное доизмельчение ее в помольно-смесительном устройстве , отличающийся тем, что, с целью повьшения качества многокомпонентных тампонажнь&с материалов, и зкономии энергии, раздельное предварительное измельчение производят до удельной поверхности 2-3500 см/г, а совместное доизмельчение производят в дезинтеграторе с приложением измельчаемому материалу кинетической знергии 9-120 кДк на 1 кг материала в течение 0,01-0,02 с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.

4(sl) E 21 В 21 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A4TOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ)Г (21) 1260838/22-03, 3481264/22-03 (22) 03.08.68 (46) 30,06.85. Бюл. S 24 (72) В.С.Данюшевскнй, В.В.Симонов, И.Ф.Толстых, И.А.Хинт и M.Ã.Àëèåâ (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности нм! И.М.Губкина (53) 622.243.144.2 (088.8) (56) 1. Булатов А.И. Цементнрова- . ние глубоких сквашин. M. "Недра", 1964, с. 144-161.

2. Бутт Ю.M. Технология цемента и других вяжущих материалов. M.

Стройиздат; 1964, с. 148 (прототип).

„„SU„„1164393 А (54) (57) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ TAMII0flAEHHX МАТЕРИАЛОВ, включающий раздельное предварительное измельчение компонентов, доэирование смеси и совместное доиэмельчение ее в помольно-смесительном устройстве, отличающийся тем, что, с целью повышения качества многокомпонентных тампонашньйс материалов. и экономии энергии, раздельное предварительное измельчение производят до удельной поверхности

2-3500 см /r, а совместное доиэмельчение производят в деэинтеграторе с нрнлох измельчаемому материалу кинетической энергии 9"120 кДк на

1 кг материала в течение 0,01-0,02 с.

11643

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано при приготовлении тампонажных материалов для цементирования нефтяных, газовых и других глубоких скважин.

При цементировании глубоких скважин часто возникает необходимость в применении многокомпонентных тампонажных материалов для получения из них растворов со специальными свойствами — пониженной или повышенной плотности, повышенной термостойкости и т.д. 15

Известен способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов путем раздельного измельчения компонентов до нужной тонкости и последующего смешения. Таким образом 20 обычно готовят бентонито-цементные облегченные илИ барито-цементные утяжеленные смеси из готового тампонажного цемента и глинопорошка и порошкообразного барита, а также 25 цементно-песчаные смеси Ц ., Недостаток заключается в том, что первоначально легко задать нужную тонкость измельчения каждого компонента, но при последующем смешении Зр трудно получить. необходимую степень гомогенности смеси.

Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов, включающий раздельное предварительное иэмельчение компонентов, дозирование смеси и совместное доизмельчение ее в помольно-смесительном устройстве (2) °,4о

Недостатком приготовления тампонажных материалов является трудность регулирования тонкости измельчения отдельных компонентов.

Режим измельчения в шаровой мель- 5 нице характеризуется относительно слабыми многократными ударами мелю- . щих тел по слою материалов и истирающим действием перекатывающихся мелющих тел. Необходимая для измель- 511 чения кинетическая энергия прилагается к материалу в течение 10-40 мин.

Если готовят специальный тампонажный материал для растворов пониженной плотности (облегченный тампо- 55 кажный цемент), то желательно получить максимально возможную тонкость измельчения одного компонента—

93 г облегчающей добавки при определенной оптимальной тонкости измельчения другого 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 †. повышение качества многокомпонентный-. 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 производят до удельной поверхности 23500 см /г, а совместное доизмельче1164393 4 ние производят в дезинтеграторе с приложением к измельчаемому материалу кинетической энергии 9-120 кДж на 1 кг материала в течение 0,010,2 с.

Раздельное предварительное измель- чение до удельной поверхности 23500 см /r (размер кусков 10 мм в поперечнике) и совместное доизмель-. чение 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- 15 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- 2б 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, порт1 ландцементный клинкер и т..п.

L 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 усложне» нием конструкции дезинтегратора для обеспечения возможности измельче- 4О ния в вакууме. г

Уменьшение, времени приложения энеугии менее 0,01 с потребовало бы уменьшения расстояния между роторами до величины, требующей предваритель- 4S ного измельчения даже мягких и агломерированных материалов до кусков менее 10 мм, что не эффективно, увеличение продолжительности свыше

0,02 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 SS незимельченныки.

Совместное доизмельчение в дезинтеграторе в указанном режиме позволяет каждой частице, находясь во взвешенном 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 высокой удельной поверхности без существенного дополнительного измельчения прочных .и неагломерированных.материалов, что обеспечивает экономию энергии.

Возможность получения высокой удельной поверхности облегчающих добавок позволяет вводить их в облегченные тампонажные материалы в мень- шем количестве, что обеспечивает повышение 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 водопотребности 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. 5

Менее твердые компоненты предварительно измельчают в минимальной степени, зависящей от конструктивных особенностей дезинтегратора.

Тонкость предварительного иэмельче- 1О 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- 20 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.

Пример 1. Требуется приготовить облегченный тампонажный цемент для горячих скважин из портланд-3р цементного клинкера и вольской опоки.

Портландцементный клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности 2000 см /г (средний размер частиц в поперечнике 2 10 мм). Вольс

-9 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- 45 териала в течение 0 01 с.

Пример 2. Требуется приготовить облегченный тампонажный цемент для холодных скважин из портландцементного клинкера и сенгилеевского диатомита и гипса, Портландцементный клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности

3500 см /г, диатомит и гипс измельчают до размеров кусков в попереч-. нике не более 10 мм. Измельченные портландцементный клинкер, сенгилеевский диатомит и гипс дозируют по 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.

Пример 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 10 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 сверхтонкого измельчения.

1164393

В/Т

Коэффициент

РастекаеТемпеПлотПримечания

Сроки схватывания ность

r/cM3 мость, см

Начало Конец водоотде- 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, диатомита и гипса

5-50 8-45 15

2,0 22 0

Супероблегченный раствор

1,27 22

1 5 18 0 5 1 6 22

8-30 12-15 21

Утяшеленный тампонжкный цемент из портландцемента, гематита и гипса

0,36 18 0,8 2,1 75 2-50 2-45 30,7 Свойства неудовлетворительные

0,36 13 0

2,1

Свойства неудовлетворительные

1 ° 50 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 3.Палий Корректор M. Самборская

Заказ 4166/30 Тирам 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ушгород, ул. Проектная, 4 ратура испытания, С

Прочность при изгибе через

2 сут твердения, кгс/см