Способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов Советский патент 1985 года по МПК E21B21/06 

СО

со ее

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 повьппенной плотности, повышенной термостойкоети и т.д. ,

Известен способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов путем раздельного измельчения компонентов до нужной тонкости и последующего смешения. Таким образом обычно готовят бентонито-цементные облегченные или барито-цементные утяжеленные смеси из готового тампонажного цемента и глинопорошка и порошкообразного барита, а также цементно-песчаные смеси lj . ,

Недостаток заключается в том, что первоначально легко задать нужну тонкость измельчения каждого компонента, но при последующем смешении трудно получить.необходимую степень гомогенности смеси.

Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления многокомпонентных тампонажных материалов, включающий раздельное предварительно измельчение компонентов, дозирование смеси и совместное доизмельчение ее в помольно-смесительном устройстве f .

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

Режим измельчения в шаровой мельнице характеризуется относительно Слабыми многократными ударами мелющих тел по слою ма териалов и исти7 рающим действием перекатывакицихся мелющих тел. Необходимая для измельчения кинетическая энергия прилагается к материалу в течение 10-40 мин.

Если готовят специальный тампонажный материал для растворов пониженной плотности (облегченный тампонажный цемент), то желательно получить максимально возможную тонкость измельчения одного компонента облегчающей добавки при определенной оптимальной тонкости измельчения другого компонента - вяжущего вещества. Дпя 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 измельчаемьм материалом, т.е. уменьшают толщину слоя материалу между мелющими телами. Однако это одновременно .приводит к нежелательному переизмельчению вяжущего вещества и излишнему расходу энергии на этот процесс. Излишне тонкое измельчение вяжущего вещества затрудняет замедление схватывания тампонажного раствора при повьшгенной температуре.

Если же готовят утяжеленный тампонажный цемент, то желательно получить более высокую тонкость измельчения вяжущего вещества по сравнению с утяжелякицей 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 райход энергии на измельчени тампонажных материалов, содержащих мягкие, легко разрушающиеся агломерированные компоненты - комовую глину, диатомит, мел, барит и т.п. Это объясняется тем, что в шаровой мельнице мелющие тела тонут в слое измельчаемого материала, не производя эффективной работы измельчения.

Цель изобретения - повьшение качества многокомпонентньп: 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 доизмельчение ее в помольно-смесительном устройстве, раздельное предварительное измельчение производят до удельной поверхности 23500 , а совместное доизмельчение 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 доудельной поверхности 23500 (размер кусков 10 мм в поперечнике) и совместное доизмель-чение в дезинтеграторе с приложением 9-120 кДж на 1 кг материала за 0,01-0,02 с- позволяет повысить качество многокомпонентного тампонажного материала и сэкономить энергию. Раздельное предварительное измельчение до размеров частиц не более 10 мм в поперечнике (уд.поверхностью около 2 г/см) производит ся для облегчения и повышения точности дозирования, а также для улучшения условий смешания при последующем совместном доизмельчении в помольно-смесительном устройстве. Кроме того, предварительно до более высокой удельной поверхности (но не более 3500 ) измельчают проч ные компоненты, плохо измельчающиеся при ударном воздействии на стадии до измельчения, например кварц, портландцементный клинкер и т..п. Приложение энергии менее 9 к|1ж на 1 кг материала не дает достаточного измельчения даже мягких и аглом рированных 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 измельчения в вакууме.. Уменыпение. времени приложения энергии менее 0,01 с потребовало бы уменьшения расстояния меяду роторам до величины, требующей предварительного измельчения даже мягких ч агломерированных материалов до кусков менее 10 мм, что не эффективно, увеличение продолжительности свыше 0,02 с означало бы увеличение числа рядов в роторах или уменьшение скорости соударений. Первое значительн увеличило бы аэродинамические потери, второе - привело бы к возможности проваливания отдельных кусков незимёльченными. Совместное доизмельчение в дезинтеграторе в указанном режиме поз93 .4 воляет каждой частице, находясь во взвешенном состоянии, получить равное с другими число одинаковых по мощности ударов. При этом куски агломерированных и легко диспергируемых 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 агломерированных 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 меньщем количестве, что обеспечивает повышение качества облегченных тампонажных цементов за счет меньшего разбавления активного вяжущего вещества. Отсутствие излишнего измельчения активного вяжущего вещества предотвращает ускорение схватывания тампонажньпс 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 yтяжeляюLщей добавки и увеличения ее водопотребности и, таким образом, повысить качество тампонажного материала, а также сэкономить энергию на измельчение. Подобным образом повьш1ается 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 наибольшей степени с учетом того, что при совместном с другими компонентами доизмельчении в дезинтеграторе произойдет небольшое увеличение.тонкос .ти измельчения. Менее твердые компоненты предварительно измельчают в минимальной степени, зависящей от конструктивных особенностей дезинтегратора. Тонкость предварительного измельчения каждого из компонентов выбирают такой, чтобы происходило эффекти ное доизмельчение в дезинтеграторе до требуемой по условиям применения удельной поверхности. После этого производят дозирование смеси предварительно, измельченных компонентов известными способами и в известных устройствах и доизмельчение в де13интеграторе с приложением кинетической энергии 9-120 кДж на 1 кг из мельчаемого материала, причем режим отработки выбирают в зависимости от дисперсности предварительно измельченных компонентов., их физических свойств и требуемой дисперсности в готовом тампонажном материале. Пример 1. Требуется приготовить облегченный тампонажный цемент для горячих скважин из портлан цементного клинкера и Вольской опок Портландцементный клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности 2000 (средний разме частиц в. поперечнике 210мм). Вол кую опоку измельчают в дробилке с продольньм 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 режи ме, обеспечивающем приложение кинетической энергии 50 кДк на 1 кг материала в течение 0,01 с. Пример 2. Требуется приготовить облегченный тампонажный це93..6 мент для холодных скважин из портландцементного клинкера и сенгилеевского диатомита и гипса. Портландцементньй клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности 3500 см/г, диатомит и гипс измельчают до размеров кусков в поперечнике 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 приготовить утяжеленный тампонажный цемент из -портландцементного клинкера, гипса и гематита. Портландцементный клинкер предварительно измельчают до удельной поверхности , 3500 , гипс и гематит измельчают до размеров кусков не более 10 мм в поперечнике. Измельченные портландцементньй 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 материало.в, 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.

Облегченный тампонажньй цемент из портландцементного клинкера, опоки и гипса

0,9 25 1,2 1,5 75 0,35 3-10 25,6 Свойства неудов0,9 25 1,5 . 1,5 75 1-30 2-45 28,1

Облегченный тампонажный цемент из гашеной извести и диатомита 1,6 24 2,5 1,3 75 1-50 2-30 25 1,6 24 0,8 1,3 75 2-00 2-45 29

Облегченный тампонажный цемент из портландцементных клинкера, диатомита

и гипса

2;0 22

1,27 22

О 1,5 18 0,5 Ут5гаселенный летворительные

5-50 8-45

15 Супероблегченный раствор 1,6 22 8-30 12-15 21 тампонажный цемент из портландцемента, гематита и гипса

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