автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка дезинтеграторной технологии получения и применения порошкообразных материалов из местного сырья для бурения скважин в сложных геологических условиях Западного Казахстана

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На праоах рукописи

ИЗМУХАМБЕТОВ БАКТЫКОЖА САЛАХАТДИНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ДЕЗИНТЕГРАТОРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МЕСТНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОГО КАЗАХСТАНА

Специальность 05.15Л0 " Ьуреиие сквазнпх "

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 1995

Диссертационная работа выполпена в КозНИГРИ министерства геологии и дкраны недр Республики Казахстан

Научный руководитель: доктор технических наук, Лауреат Государственной премии Республика Казахстан Каримов Н.Х.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических паук, профессор,

член корр.АН Татарстана И.Г.Юсупов

кандидат технических наук, доцент П.Н.Матюшин

. ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: Акционерное Общество НИПИГАЗ " Жоболау" г. Уральск

. Защита состоится " Г " февраля 1995 г> В1.Ш часов на заседании диссертационного Совета Д.063.09.02 при Уфимском государств^оном нефтяном техническом университете по адресу:

450(762, Уфа-62, ул.Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в техническом архиве Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан " 26 " января 1955 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор физико-математических наук, профессор

Р.Н.Бахтизин

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

Решение вопроса обеспечения народного хозяйства Республики Казахстан углеводородным сырьем требует увеличения объемов бурения скаажин в перспективных районах Казахстанской части Прикаспийской впадины в сложных горно-геологических условиях с одновременным погышением качества и снижением сроков строительства скважин и материальных затрат.. Особая роль при этом принадлежит буровым растворам и тампонажным смесям, которые получают из порошкообразных материалов. Уникальность геологических условий, особенно в разведочном бурении, ■ требует применения множества разнообразных тампонажных материалов и глинопорошков.

Казахстан сегодня не имеет технологических линий по получению глинопорошков, хотя и имеет большое количество месторождений глин.

В Казахстане разработана.технология получения специальных тампонажных материалов с применением местных промышленных отходов, построен цех сухих тампонажных смесей, который а настоящее время работает с неполной загрузкой из-за несовершенства.

Имеющаяся технология получения специальных тампонажных материалов и выпускаемые в цехе тампонажные материалы не всегда удовлетворяют необходимым требованиям из-за сложности геологических условий в новых районах, что требует выполнения дополнительных работ по регулированию свойств раствора и камня в процессе бурения.

•Отсюда вытекает, что данная работа по разработке технологии получения и применения порошкообразных материалов для условий бурения в Казахстане является актуальной и имеет большое значение для н-ародног^ хозяйства Республики в плане экономического развития.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Разработка технологии получения и применения порошкообразных материалов, обеспечивающих качественное строительство глубоких скважин в сложных геологических условиях Западного Казахстана.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1. Изучение местных глин и промышленных отходов на возможность получения на их основе порошкообразных материалов: глинопорошков и тампонажных смесей.

2. Обоснование требований к порошкообразным материалам для-бурения скважин в Западном Казахстане.

3. Разработка составов порошкообразных материалов на основе местных сырьевых источников.

4. Разработка технологии получения и применения порошкообразных материалов с использованием дезинтегра-торной технологии.

5. Апробация результатов исследований, разработка нормативных документов»■внедрение рекомендаций.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1.Теоретически обоснована ч экспериментально подтверждена возможность получения эффективных глинопорошков иэ местных глин Западного Казахстана.

2. Установлена качественная взаимосвязь между минералогическим составом, физико-химическими свойствами глин Западного Кахахстьна и изменением технологических свойств глин при их дезинтеграторной обработке.

3. Установлено явление расширения тампонажного камня на основа глино-цементчой смеси после дезинтег--раторной обработки и предложено объяснение его механизма.

4. Установлена качественная взаимосвязь мезду составом и свойствами добавок-модификаторов портландцемента, режимов дезинтеграторной обработки и техническими характеристиками полученных материалов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

1. Разработана дезинтеграторная технология и получены оптимальные режимы работы дезинтегратора для получения порошкообразных материалов из местных глин месторождений:. Кенкияк, Шолы, Чилесай.

2. Получена возможность получения облегченных расширяющихся тампонажных композиций с регулируемой кинетикой расширения на основе портландцемента и глинопорош-ка.

3. Усовершенствованы передвижная дезинтеграторная установка и стационарная технологическая линия для получения порошкообразных материалов на основе местного сырья для качественного строительства скважин.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

Разработанные порошкообразные материалы, технология их получения и прим«нения внедрены при строительстве глубоких нефтяных и газовых скважин ГКХ "Тулпар" (бывшее ПГО "Актюбнефтегазгеология"), ГКХ "Актоба" (бывшее "Атыраунефтегазгеология"), ГХК "Поиск" (бывшее "Уральскнефтегазгеология").

По дезинтеграторной технологии изготовлено 500 т глинопорошка из местной глины Кенкиякского карьера, которые были использованы при бурении пяти геологоразведочных скважин на нефть и газ э Актюбинской и Уральской областях.

На усовершенствованной деэинтеграиюрнсй линии выпущено 5672 т специальных тампонажны'х материалов на основе портландцемента и местного сырья, которые были использованы при цементировании 42 технических и эксплуатационных колонн при бурении разведочных скважин на нефть и газ предприятиями Министерства геологии и охраны недр республики Казахстан.

Использование разработок автора позволило: заменить привозные глинопорошки на глинопорошки из местных глин, по технологические свойствам не уступающим привозным; в определенной степени решить проблему цементирования скважин в сложных геологических условиях Западного Казахстана, сэкономив дорогостоящий портландцемент до 30% за счет замены его дешевыми отходами и повысить качество крепления скважин и разобщения продуктивных горизонтов. .

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Обоснование возможности и целесообразности рационального использования промышленных отходов и глин местных карьеров Западного Казахстана с целью получения порошкообразных материалов для качественного строительства скважин.

2. Составы и технология получения таьдпонажных материалов и глинопорошков на основе местных материалов.

3. Закономерности взаимосвязи между составом и свойствами добавок-модификаторов портландцемента, глинопорошков и режимом дезинтеграторной обработки и свойствами материалов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: Республиканской на/чно-теоретической конференции по проблемам бурения скважины на Мангышлаке (г.Шевченко, 1979); Всесоюзном совещании по повышению эффективности разведочного бурения (Алма Ата, 1981 г.); на пятом Всесоюзном семинаре по дезинтеграторной технологии (Таллин, 1989); • научно-практической конференции посвященной 65-летик> геологической службы Казахстана, (Апматы, 1994); научно-технических Советах Министерства геологии и охраны недр республики Казахстан . (Апматы,' 1992, 1993, 1994); научно-технических советах ПГО "Актибнефтегазгеология", "Гурь ег.нефтегаэгеология", "Ураль скнефтегазгеология" (Актюбинск, Гурьев, Уральск -1991, 1992, 1993 г.г.); Международном геологическом конгрессе по нефти и газу (Анкара, 1994).

ПУБЛИКАЦИИ,

Результаты исследований, отражающие положения дис-оертационой работы, опубликованы ь 5 научных трудах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глэе, выводов и рекомендаций. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 39 таблиц, 29

рисунков, включает список литературы иэ 125 наименований .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении • обоснована актуальность решаемых в диссертации задач, целесообразность использования местного сырья с^целью получения порошкообразных материалов для строительства скважин и разработки технологии их получения и применения.

ПЕРВАЯ ГЛАВА диссертации посвящена критическому анализу существующих технологий получения и применения порошкообразных материалов, используемых при строи-* тельстве глубоких нефтяных и газовых скважин. В связи с тем, что проблема получения порошкообразных материалов является очень важной для качественного строительства скважин, изучению этого вопроса посвящено большое число работ А.й.Булатова, В.С.Данюшевского, М.Р. Мавлютова, О.К.Ангелопуло, Ф.А.Агзамова, Н.Х.Каримова, ■ Ш.М.Рахимбаева, В.М.Кравцова, А.А.Клюсова, Ю. С.Кузнецова, В.П.Овчинникова, В.С.Вакшутова,. Д.Ф.Но-вохатского, А.У.Шарипова, У.Д.Мамаджанова, З.А.Литяе-вой, В.И.Рябченко, С.Н.Гаврилова, Э.А.Липсона и других. В работах этих . авторов приведены результаты исследований, в основном, технологии, получения • глино-порошков из глин месторождений России, Узбекистана и других республик, а также технологии получения там-понажных материалов на основа портландцемента иэ про-мыпленных отходов. Несомненно, эти исследования внесли существенный вклад в повышение качества- строительства глубоких нефтяных и газовых скважин в сложных геологических условиях и в развитие буровой науки в целом.

В то же время, анализ строительства скважин в сложных геологических условиях Западного Казахстана показывает, что отсутсвие и в определенных случаях несоответствие порошкообразных материалов требованиям сложных геологических условий бурения значительно сдерживают темпы строительства и приводят к снижение качества проводки и крепления скважин разобщения про-

дуктивных горизонтов, а также к значительным материальным затратам.

В сложных гелогических условиях для цементирования нефтяных и газовых скважин необходимо применять различные тампонажные материалы. В одних случаях они должны быть облегченными, а в других - утяжеленными, с различными коэффициентами расширения, температурной и седимеитационной устойчивостью. Исследования, проведенные в КаэНИГРИ 'и АО КаэНИГРИ, показали, что требованиям специфических условий бурения в Казахстане удовлетворяют тампонажные материалы, полученные по дезинтегра-торной технологии с использованием промышленных отходов Западного Казахстана и глин местных карьеров. Кроме того, применение местного сырья и промышленных отходов уменьшит загрязнение окружающенй среды, сократит транспортные расхода.

На основе анализа литературных и промысловых данных технологии получения и применения , а также исходя из особенностей геодого-техяических условий, определены требования к технологическим свойствам материалов для обеспечения качественного строительства скважин. Проведена сравнительная оценка известных методов активации и лнопорошков и тампонажных материалов. Исходя из этого, обоснована необходимость разработки технологии получения и применения порошкообразных материалов с использованием дезинтегратора, позволяющего обеспечивать регулирование технологических свойств глин и тампонажных композиций за счет их активации и модификации. При этом сформулированы цель и задачи работы.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ описываются методы и средства исследований.

Физические сэсйтсва, химический и минералогический составы материалов определялись общепринятыми методами исследований.

Рентх'еноструктурный анализ образцов глинопорошка, промышленных отходов, и тампонажных материалов производился на установке "ДРОН -УМ1", дифференциально^ термический анализ - на дериватографе ДО-ЮЗ (ВНР).

Удельная поверхность порошкообразных материалов оценивалась на.приборе ПСХ-4.

Обменно-адсорбционныа свойства глины и глинопорош-ков характеризовались показателями модифицируемости по ГОСТ 25796.5-83, а содержание влаги - по ГОСТ 3594.11-7?. Параметры, характеризующие структурно-механические и технологические свойства водоглинистых суспензий и промывочных жидкостей, взяты по ОСТ 39-075-79, а методы определения величины параметров-по РД 32-2645-81. Качество глинопорошка как технологического продукта оценивалось величиной выхода раствора по ТУ 39-01-08-658-81 (глинопорошки).

Основные технологические параметры исследуемых и разрабатываемых тампонажных материалов определялись по стандартным методикам согласно ГОСТ 1581-91 на тампо-нажные портландцемента и ГОСТ 310.4.7 - ГОСТ 310-4-85. Характеристики ненормируьмых ГОСТом параметров определялись на специально разработанных в АО КазНИГРИ приборах, в частности на приборах по определению расширения, водоотдачи в условиях высоких температур и давлений.

Исследуемые материалы обрабатывались в лабораторном дезинтеграторе типа Д-72 и Д-32. В этой же главе выдвинута рабочая гипотеза, которая основана на регулировании температуры обрабатываемой глины и цементо-гли-нистой композиции за счет изменения влажности глин и интенсивности и числа соударений частиц материала в дезинтеграторе.

в ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследований де-зинтеграторной технологии получения порошкообразных глиноматериалоз из глин местных карьеров. Совместно с сотрудниками КазНИГРИ и АО КазНИГРИ в качестве сырья для получения глинопорошков и буровых растворов изучено около 30 месторождений глин, расположенных на территории Западного Казахстана в Атырауской, Актюбинской и Мангистауской областях.

Основу местных глин составляют минералы коалинит, палыгорскит и гидрослюда. С точки зрения целесообраэ-

ности эксплуатации наиболее подходящими являются для Атырауской области - месторождения Индерское и Табынай, для Мангистауской области - Карамандыбас, Аксай, Шолы, для Актюбинской - Кенкияк, Уилисай. Выход раствора из глин этих месторождений составляет 2-3,5 мЗ/т. С учетом низкого . выхода раствора при организации производства глинопорошков, наряду с вопросом Еыбора сырьевой базы, необходимо решать, и вопрос выбора технологии. Наши и другие ранее проведек ные исследования подтвердили, что наиболее перспективной является дезинтеграторная технология, где измельчение. производится трех-пятикратными регулируемыми ударными импульсами. При проведении испытаний в начале использовались глины с влажностью 8% с учетом данных АО КазНРГЕИ и работ. З.А.Литяевой и С.Н.Гаврилова из условия налипания ее нл рабочие органы измельчителя. Согласно этим же исследованиям предельная влажность глины при ее помоле в шаровой мельнице составляет не более 5%.

Установлено, что для глин всех месторогвдений с увеличением числа оборотов роторов дезинтегратора удельная поверхность порошка возрастает, что свидетельствует об увеличении дисперсности глин и одновременном увеличении доли мелких фракций. С увеличением частоты вращения роторов свыше 6000 об/мин (скорость соударения частиц 80 м/сек) начинают преобладать' мелкие фракции глины (от 0,01 до 5,1%).. Увеличение тонкости помола естественно ведет к лучшему диспергированию глины и должно увеличивать выход глинистого раствора. Однако, как показали наши исследования,. увеличение выхода раствора при дезинтеграторной обработке идет только до определенной частоты" вращения (до 9000 об/мин), а затем наблюдается некоторое снижение выхода. раствора, т.е., помимо избыточного расхода энергии на механическое диспергирование, увеличение частоты вращения выше 9000-10000 в минуту ухудшало свойства глин. Выход раствора снизился от 20 до 30%. Кроме того, при больших частотах вращения получаемый глинопорошок имел высокую температуру (Е0-85*С) и был практически сухим (при

исходной влажности 8%. Это явление наии объясняется следующим. Чей больше скорость излома материала, что характерно для дезинтеграторного измельчения, тем меньше . зона высоких температур при большем общем количестве выделившегося .тепла. Сравнивая эти температуры с данными ДТА для исследуемых глин можно полагать, что имело место частичное оплавление и эа счет этого гидрофобиэация поверхности глин.

Естественно, указанные выше явления существенным образом повлияли на свойства растворов, полученных из этих глин. Исследования показали, что фильтрация растворов из всех взятых глин при их обработке в-дезинтеграторе снижается за счет увеличения удельной поверхности. При этом отмечается минимум показателя фильтрации: 13 смЗ/ЗО мин для глины месторождения Щолы 7-8 смЗ/ЗО мин' для Индерского при частоте вращения' ротора дезинтегратора 6-9 тыс.об/мин. В изменении условной вязкости также отмечается аномалия. При. этих же частотах вращения она равна 160-170 сек для месторождения Шолы, 47-52 сек для глин Карамандыбас, '73- 8 0 сек для глин Индерского месторождения.

Исследование влияния дезинтеграторной обработки на тиксотропность растворов из изученных глин показало, что здесь также есть оптимальный режим - 6000-9000 об/мин, при котором коэффициент тиксотропии становится большкм. . ■

Минимальное значение критической концентрации твердой фазы имеют суспензии глинопорошков, обработанных при частотах от 6000 до 12000 об/мин в зависимости от вида глины.. С повышением частоты вращения ротора свыше 12000 об/мин' структурообразующие свойства глинопрошков ухудшаются.' Скорее всего, это можно объяснить пере сушиванием и точечным поверхностным пережогом глин, о котором говорилось выше. .Проведенный комплекс экперм-ыентальных исследований показал, что по сревнениго с комовой глиной,' применяемой в настоящее время, дезинтеграторная обработка позволяет при оптимальном режиме снизить на 25-40% критическую концентрацию структуросбраэования. Это достигается за сче"; роста

удельной по верхности и активации глины при прохождении через дезинтегратор.

Наблюдаемый рост статического напряжения сдвига свидетельствует об усилении сил взаимодействия между частицами, обусловленных развитой поверхностью, ростом густоты сетки, электростатическим взаимодействием, увеличением числа связей- У всех глин после обработки в дезинтеграторе увеличивается выход раствора в 1,8-2,5 раза, причем выход раствора тем больше, чем хуже было исходное сырье.

Также проводились исследования влияния исходной влажности глин при дезинтеграторной обработке на свойства полученных из них растворов. Влажность глины изменялась от 5 до 15%. '

В результате исследований показано, что с увеличением влажности глины удельная поверхность гшинопорошков снижается на 13-2£1 в зависимости от влажности, . но технологические свойства получаемого из них раствора улучшаются. Эти результаты вполне коррелируют с данными З.А.Литяевой'и С.Н.Гаврилова, полученными для Харанорской глины. В некоторой степени наблюдаемый эффект связан, вероятно, с повышением, по сравнения с исходной глиной, содержания аморфного кремнезема почти в 2 раза, при растворении которого в водной фазе глинистой дисперсии образуются кремневые кислоты, активно участвующие . в формировании структурно-реологических и фильтрационных свойств благодаря способности их к полимеризации и проявлению адсорбционных свойств. При деэинтеграторной обработке наблюдается также рост рН фильтрата растворов, что, по нашему мнению, указывает на увеличение количества растворяющихся солей, присутствующих в глине. Еще более существенное влияние оказывают процессы, приводящие к изменению энергетического состояния поверхности глинистых частиц, т.е. благодаря привносу извне большой удельной анергии измельчения деформированая поверхность глинистых частиц переводит в более активное состояние. Вода, благодаря высокой активности своих молекул, интенсивнее взаимодейтсвует со свежеобразованными по-

верхностями, способствуя лучшему диспергированию получаемого глинопорошка. В то же время при большей влажности глины улучшение свойств порошка происходит при больших числах оборотов (до 15 тыс. и более), т.е. при этом слабее проявляется действие высоких температур, меньше наблюдается пережога. При оптимальном подборе влажности глины и режима обработки получаемые в дезинтеграторе глинопорошки обладают более высокими технологическими параметрами при меньших удельных поверхностях в сравнении с помолом в Шаровой мельнице. Несмотря • На уменьшение удельной поверхности порошка в 2-3 раза, увеличение влажности исходной глины до 17% приводит к увеличению выхода раствора из исследованных глин в среднем в 2-2,5 раза. При снижении массовой доли глинистой фазы в суспензии в 1,4 раза, показатель фильтрации уменьшается в 2,5-3,0 раза, а прочность структуры увеличивается в 8-12 раз.

Исследования показали, что для глин Западного- Казахстана (Шолы,ЧилесаЙ, йндер,Кенкияк) при дезинтегра-торном измельчении ее начальная влажность должна быть 10 - 12%. При этом в технологической ' схеме может быть исключен этап предварительной сушки, т.е. может использоваться глина естественной влажности.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследований по разработке деэинтеграторной технологии получения специальных тампонажных композиций.

Было исследовано влияние воздействия мощными механическими импульсами в деэинтегарторе на технологические свойства тампонажных материалов, ' содержащих промышленные отходы - золы ТЭЦ, саморассыпающегося шлака, карьерной мелочи лромитовой руды, а' также це- . листиновой руды Мангистауского месторождения.

Установлено, что каждый вид материала и каждый состав смеси имеет свой оптимальный режим активации .Так, например, для цементно-эольно-шлаковой смеси оптимальная частота вращения роторов дезинтегратора 10000 - 12000 об./мин., в то время как для портландцемента - 3000 об/мин., а для утяжеленных тампо-

нажных материалов - 6000 - 7000 об/мин. При таких режимах тамтонажные растворы и камень на их основе приобретают оптимальные технологические параметры: растекаемость раствора повышается на 15 - 20%, водоот-деление уменьшается до 0 - 1,0%,прочность камня на изгиб через двое суток при твердении в нормальных условиях увеличивается до 60%. Бее это хорошо согласуется с проведенными ранее исследованиями.

При обработке в режиме 12000 - 18000 об/мин. смесей, содержащих портландцемент и глину, возможно появление новых эффектов, обусловленных процессами нагревания в глиноиорошке при воздействии мощными импульсами, о которых говорилось ранее. Поскольку цемент является гидравлически активным . веществом, то для получения цементно-глинистой смеси, в дезинтеграторе применяемая "глина должна иметь влажность не более 4%. Малая влажность глины в сочетании с импульсным воздействием в дезинтеграторе должны привести к частичной потере гидрофильности глины. В связи с этим, глина будет медленно гидратировать и набухать, причем ее набухание будет продолжаться и после того, как цемент образует первоначальную структуру. Это в свою очередь приведет к тому, что цементный камень в процессе своего твердения будет расширяться, обеспечивая надежный контакт цементного камня с трубами и породой. Исходя из этого была исследована возможность получения облегченных расширяющихся тампонажных материалов по дезин-тегр^торной технологии на основе тампонажного портландцемента" и глины Чилисайского месторождения. Глина вводилась в цемент в количестве 10, 20 и 30%. Смеси обрабатывались в дезинтеграторе • при соударении частиц со скоростью 220 м/с. при частоте соударений 5 за 0,001 е., после чего смеси затворялись на фресной воде и твердели при нормальных условиях.

Установлено, что оптимальное расширение с развитием контактного напряжения до 2,4 МПа происходит при добавке 20 - 30% глины. С увеличением содержания глины до 30% величина расширения достигает: 1,3%. При дальнейшем увеличении концентрации глины из-за удлинения

сроков структурообразования суспензии и увеличения пористости структуры (вследствие большой водопот-ребности раствора) расширение затухает.

Технологические параметры цементно-глинистой облегченной с расширяющимися свойствами тампон^кной ■ смеси отвечает требованиям ГОСТ 1851-91. Камень практически НеЛтегазонепроницаем из-за уплотнения пор камня медленно набухающими глинистыми частицами.

Е,ще одной характерной особенностью раствора из цементно-глинистой смеси дезинтеграторного приготовлениг является быстрое образование газонефтепроницаемой структуры после завершения операции цементирования, что особо важно при креплении газовых скважин.

Таким образом, получен новый вид расширяющегося облегченного тампонажного материала за счет регулирования скоростей структурообразования раствора и набухания глины в составе смеси путем совместной обработки портландцемента и глины в дезинтеграторе' при рекомендованных скоростях соударения и частоте ударов частиц цемента и глины.

Исследования, выполненные нами совместно с Н.Х.Каримовым в АО КазНИГРИ (г.Актюбинск) и НПО "Дезинтегратор" (г.Таллинн), показали, что очень важно как и до какой тонины измельчены исходные компоненты перед применением дезинтегратора-активатора для приготовления тампонажных материалов.

В ранее проведенных работах дезинтеграторной обработке подвергались в основном смеси тампонажного портландцемента с различными добавками, при этом не учитывались требования к тонине помола и гранулометрическому составу материалов перед дезинтеграторной обработкой. Как показывает практика, цементы заводского приготовления исследовался клинкер Новотроицкого цементного завода, используемые для получения тампонажных смесей в дезинтеграторе, имеют удельную поверхность (тонину помола) 3000-3500 см2/г. Такие цементы быстро теряют технологические свойства при хранении, а при таком способе приготовления тампонажных материалов происходит дополнительная затрата энергии.

В связи с этим, целесообразно поставлять с заводов цементы более крупного помола с последующей их активацией непосредственно перед употреблением.

В экспериментальной части настоящей работы за основу была взята двухстадийная схема приготовления тампо-нажного материала,- при которой предварительное измельчение клинкера производится в шаровой мельнице, а на втором этапе использовалась дезинтеграторная технология.

Для выяснения влияния тонины помола исходных сырьевых материалов на результаты дезинтеграторной обработки были поставлены специальные исследования. Готовились образцы тампонажного цемента с различной тониной помола, обеспечивающих удельную поверхность 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 см2/г. Последующая их обработка производилась в лабораторном дезинтеграторе при скорости соударения частиц от 50 до 170 м/с при частоте соударений 3, 4 и 5 ударов за 0,001 с. Исследовались цементо-эольные, цементе-глинистые, цементо-пеочаные тампонажные материалы.

Эксперименты показали, что независимо от крупности исходных материалов с увеличением интенсивности дезинтеграторной обработки удельная поверхность тампонажного материала увеличивается, что не противоречит общеизвестным закономерностям. Наилучшие результаты в повышении технологических параметров тампонажного цемента I олучены при предварительном, измельчении порт-ландцеыентного клинкера до удельной поверхности 1900 - 2050 см2/г. В. этом случае приращение удельной поверхности на 30-50 6 больше по сравнению с клинкером, имеющим исходную тонину 1000 - 3000 см2/г. Также устансзлено, что при удельной поверхности исходного клинкера 1900 - 2050 см2/г растекаемость цементного раствора имеет максимум при минимальном водоцементном отношении. Независимо от крупности исходного клинкера при всех исследованных режимах активации прочность камня, полученного из тампонажных материалов дезинтеграторного приготовления и твердевшего в нормальных условиях, имеет тенденцию к

увеличению в данном случае максимальное приращение прочности имеют камни из материалов, имеющих исходную тонину в пределах 1900 - 2200 см2/г и обработанных в дезинтеграторе при различных режимах. Прирост прочности составляет 25 - 40%- по сравнению с прочностью материалов с исходной удельной поверхностью 1000, 2500 см2/г и выше, обработанных в дезинтеграторе. По нашему мнению, указанное можно объяснить тем, что при обработке тампонажных материалов высокоскоростным ударом в дезинтеграторе пластически деформированной фазы с .дефектной структурой, имеющей повышенную активность в отношении процессов кристаллизации, образуется больше, чем при разрушении вдавливанием, например, в шаровых мельницах.

При традиционном способе ввода жидких добавок-замедлителей, ускорителей и пластификаторов в цементы представляют определенные трудности доставка реагентов на места потребления, их хранение и применение из-за разливов, загрязнения почвы и вода вблизи буровых. Кроме того, к моменту использования сухой цемент или сухие тампонажные материалы теряют свою активность за счет карбонизации поверхнбсти частиц. При этом, в определенной степени, теряется эффект действия реагентов, особенно пластификаторов и понизителей водоотдачи. Мы считаем,что более эффективным- будет совместная , обработка в дезинтеграторе тампонажного материала с добавками-реагентами.

Для исследований были взяты тампонажный портландцемент и цементо-эольная смесь, и пластификаторы типа С-3 (класс лигносульфанатов) и В-2 (класс поли-глициринов). Результаты экспериментов показали, что при совместной обработке с цементом реагент В-2 работает как пластификатор, понизитель водоотдачи и замедлитель сроков схватывания при умеренных температурах. Пластифицированные цементы и тампонажные материалы, полученные путем совместной обработки а дезинтеграторе цемента и пластификатора (В-2 и С-3), обладают лучшими технологическими свойствами, при этом прочность камня из таких цементов в 2-3 раза выше, чем из контрольных,

кроме этого, они имеют высокую коррозионную стойкость благодари плотной структуре камня, а камень практически непроницаем. Применение разработанного способа пластифицирования тампонажных материалов позволяет уменьшить количество вяжущего в смеси при сохранении высокой прочности камня, особенно в поздние сроки твердения.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена описанию промышленного внедрения разработок.

В результате проведенных исследований разработаны технологические режимы приготовления и активации глино-порошков из глин местных карьеров и нескольких вю.ов тампонажных материалов с использованием местных глин и промышленных отходов. • Совместно с КазНИГРИ и НПО "Дёзинтёгратор" усовершенствованы передвижная дезинтег-раторная установка Д6911 для приготовления порошкообразных материалов непосредственно на местах применения, цех сухих тампонажных смесей (г. Актюбинск), спроектированы и изготовлены дезинтеграторная технологическая линия получения глинопорошков из местных глин (г.Атырау) для внутриотраслевого производства специальных порошкообразных материалов применительно к разведочному бурению на нефть и газ в Республике Казахстан. .

Д6911 смонтирован на шаоси КРА5 и позволяет изготавливать дауххомпонентные порошкообразные материалы различной тонкости при производительности 10 т/час и непосредственно на буровых.

Его модернизация заключалась в разработке устройства, обеспечивающего. возможность варьирования числа оборотов роторов в широких пределах. Предыдущие констоукции передвижной деэинтеграторной установки имели фиксированную скорость вращения. Для цеха сухих тампонажных смесей (г.Актюбинск) разработаны микродозаторы, позволяющие вводить добавки пластификаторов в сухую тампонажную смесь непосредственно после ее обработки. Дезинтеграторная технологическая линия получения глинопорошков - высокоавтоматизированное производство, включающее также предварительную сушку и

дробление исходных материалов, затаривание готовой продукции. Она должна обеспечивать оперативное выполнение заказов буровых предприятий на изготовление разработанных порошкообразных материалов с использованием местных глин и промышленных отходов для бурения нефтяных и газовых скважин.

Мощность дезинтеграторной технологической линии гли-нопорошков и дезинтеграгорного цеха сухих тампонажных смесэй (30 - 40 тыс.т в год) вполне обеспечивает потребность буровых предприятий Казахстана в порошкообразных материалах. '

Глинопорошки и тампонажные материалы с добавкой глин и промышленных отходов, полученные по дезинтеграторной технологии, нашли широкое применение при строительстве на нефть и газ в Западном Казахстане на буровых предприятиях Министерства геологии и охраны недр Республики Казахстан.

Из глины Кенкиякского месторождения изготовлено 500 т глинопорошка которая использована при бурении скважин NN 5,11 (Акжар), N 17 (Каратюбе), скв. 10,14 (Чинаревекая) на месторождениях Акжар. Каратюбе и Чи-наревское. Вышеуказанные скважины пробурены до проектных глубин и в настоящее время находятся в испытании и в пробной эксплуатации. Стоимость глинопорошков, полученных из местных глин по дезинтеграторной технологии, ' 872 тенге/т ' против стоимости порошков завозимых из России 1383 тенге/т. Получена экономия в сумме 250000 тенге.

. По разработанным технологичгским режимам и в цехе сухих тампонажных смесей по дезинтеграторной технологии изготовлены облегченные расширяющиеся цементы с добавкой 30% глины Чилисайского месторождения в количестве 2700 т. . цементно-зольно-шлаковые цементы 2000 т., утяжеленные цементы с добавкой целистиновой и хромитовой руд в количестве 972 т. Технологические параметры тампонажных материалов, изготовленных по дезинтеграторной технологии, соответствовали требованиям ГОСТ. Тампонажные материалы доставлялись в метал-

лических контейнерах типа КЦМ-5, в ыешкотаре по 50 кг или в цементовозах.. :

Технология приготовления растворов и цементирования ими скважин не отличались от принятой на предприятиях. Указанными смесями цементировались скважины различного назначения в различных геологических условиях. Облегченные расширяющиеся цементы с добавкой местной глины, полученные по дезинтеграторной технологии, были использованы при цементировании 11 эксплуатационных и 14 технических колонн на разведочных площадях ГХК "Тулпар" и "Поиск" и на месторождениях Акжар и Чинаревская, 19 обсадных колонн зацементировано цементно-зольно-шлаковой смесью на месторождениях Жанажол, Кенкияк, Урихтау.

Утяжеланные тампонажные смеси дезинтеграторного приготовления на основе целистиновой и хромитовых руд использованы при цементировании 7 обсадных колонн на месторождениях Елемес, Кенкияк, Чинаревская в условиях АВПД. Результаты применения всех типов тампонажных смесей положительное,

Б результате применения дезинтеграторной технологии и порошкообразных материалов в определенной степени решен вопрос повышения качества строительства скважин в Западном. Казахстане.

Кроме того,' за счет применения добавок местных' глин и промышленных отходов ■ получена экономия портландцемента в количестве 873 т. Повышена надежность изоляционного комплекса скважин, интервал хорошего сцепления цементного камня с колонной составил более 50% против 25-30% при применении обычных цементов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Установлено, что глины месторождений Западного Казахстана могут служить основой • для получения глинэпорошков, используемых для бурения скважин .

2. Разработана технология получения глинопорошков на основе глин месторождений г Шолы, Кенкияк, Чилесай и др. позеоливш&я снизить критическую концентрацию глинистой фазы в. растворах с 25 - 30 до . 15 - 20% При равном

содержании глинистой фазы растворы, приготовленные из глин, подвергнутых деэинтеграторной обработке, имеют плотность 1150 - 1120 кг/м,3, СНС 5-15 Па, показатель фильтрации (ПФ) - 15 - 18 смЗ/ЭО мин.

3. Усовершенствована технология деэинтеграторного способа получения тампонажных композиций с использованием многотонажных отходов промышленности и местных материалов Западного' Казахстана, позволяющая сэкономить до 50% портландцемента при одновременном повышении качества крепления разведочных и эксплуатационных скважин.

4. Обоснована и разработана энергосберегающая тех.юли гия двухступенчатого помола тампонаясного цемента, включая помол клинкера до удельной поверхности 1900-2050 см2/г с последующей деэинтеграторной обработкой грубодисперсного вяжущего при рациональных режимах, подбирающихся по рекомендованной методике.

5. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность получения расширяющихся тампонажных композиций на основе портландцемента и глинопорошка при их совместной диэинтеграторной обработке. Объяснен механизм расширения камня иэ глино-цементных смесей. Разработана технология регулирования темпов и конечных величин расширения.

6. Разработаны, изготовлены и внедряются в. производство усовершенствованные конструкции передвижной деэинтеграторной установки и стационарной технологической линии для получения порошкообразных, материалов, применяемых в бурении.

7. Разработки и рекомендации прошли широкую промышленную апробацию и внедряются при бурении глубоких скважин в Западном Кахахстане.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих печатных работах:-

1. Технология проводки подсолевых скважин в Прикаспийской впадине./Карабалин У.С., Танкибаев М.А., Ияму-хамбетов B.C. и др./ М.Недра, 1999, 215 с.

2. Буровые растворы для бурения в сложных условиях * Прикаспийского региона. /Байзаков М.К., Мавлютов М.Р., Измухамбетов Б.С. и др.// Научно-тенх.журнал "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, М. ВНИИОЭНГ, N 9, 1993, С. 12-15.

3. Измухамбетов B.C., Каримов Н.Х. Регулирование технологических свойств тампонажных материалов дезин-теграторного приготовления. Деп. КазГосИНТИ, N 5488-Ка94, Алматы, 1994.

4. Каримов Н.Х., Измухамбетов Б.С., Гааизов Х.И. Получение на основе местных глин нового вида расширяющегося тампонажного материала. Деп.КазГосИНТИ, N 5467-Ка94. Алматы, 1994.

5. Каримов Н.Х., Измухамбетов B.C. Дезинтеграторный способ регулирования свойств материалов, применяемых в бурении. Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 1994, N 4, С. 15-21.

Б.СНзмр&мбстоз

Подписано в печати 12.01.95г.

Зориат бумаги 60284 I/I6.Тиран 100 «кз» Заказ 34.

^огапривв Уфииокого государственного вефтялого технического уиавероатвга.

46С062, г. У$в, KoouonaiTOB, I