CC BY
73
Висновки. 1. Основною вимогою, яка забезпечуе безпечну експлуатащю крана, е систематичний i досконалий контроль технiчного стану, в першу чергу, опорно-поворотних крупв.
2. Техшчний стан опорно-поворотних крyгiв, а саме збшьшення осьового зазору ОПК, спричиняе перерозподiл навантажень на тша кочення, iнтенсивне зношування поверхонь кочення б^ових дорiжок кiлець, i, як наслщок, аварiйний стан вантажопiдйомного крана в цшому.
3. Для запобтання авари крана необхiдне своечасне вщновлення рiвня параметрiв ОПК. За неможливосп вiдновлення парамерiв ОПК до нормативного рiвня необхiдно обов'язково проводити корегування техшчних характеристик крана.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Вiдомостi про кiлькiсть об'екпв котлонагляду та пiдiймальних споруд станом на 01.01.2009 року: // гол. ред. Г. Д. Герасимова та ш. / Подъемные сооружения. Специальная техника. - Одесса. : ООО «Крантест». - 2009. - № 3. - С. 17.
2. Вщомосп про кшьюсть об'екпв, знятих з реестраци (вщпрацювали термiн), станом на 01.01.2009 року: // гол. ред. Т. Г. Герасимова та ш. / Подъемные сооружения. Специальная техника. - Одесса. : ООО «Крантест». - 2009. - № 3. - С. 18.
3. НПАОП 0.00-1.01-07. Правила будови i безпечно! експлуатацп вантажошдшмальних крашв. - К. : Основа, 2007. - 263 с.
4. ОМД 13801244.001-2005. Методика проведення експертного обстеження (техшчного дiагностyвання) баштових крашв, 2005. - 157 с.
5. ОМД 33497324.003-2005. Методика проведення експертного обстеження (техшчного дiагностyвання) стршових, самохщних i залiзничних кранiв, 2005. - 115 с.
6. Rothe Erde. Slewing Bearing, 2005. - 170 c.- Режимдоступу: www.rotheerde.com.ua.
7. Колесник Н. П. Восстановление ресурса строительных кранов / Н. П. Колесник, С. И. Козарь, Е. В. Москвяк, А. Ф. Шевченко. - К. : Бyдiвельник, 1989. - 128 с.
8. Заяц Г. В. Влияние величины осевого зазора в шариковом опорно-поворотном круге на нагруженность его деталей / Г. В. Заяц, Н. П. Колесник // Подъемно-транспортная техника. -2009. - № 2. - С. 28 - 38.
9. Заяц Г. В. Моделирование перераспределения нагрузок на тела качения при износе шариковых опорно-поворотных кругов грузоподъемных кранов / Г. В. Заяц, Н. П. Колесник // Подъемно-транспортная техника. - 2007. - № 4. - С. 73 - 76.
10. Заяц Г. В. Влияние контактных напряжений на напряженное состояние кольца шарикового опорно-поворотного круга / Г. В. Заяц, Н. П. Колесник // Подъемно-транспортная техника. - 2009. - № 1. - С. 54 - 62.
УДК 666.9
ПОЛЕГШЕН1 СУХ1 ТАМПОНАЖН1 СУМ1Ш1 З ДОБАВКАМИ-СПОВ1ЛЬНЮВАЧАМИ ДЛЯ ЦЕМЕНТУВАННЯ ГЛИБОКИХ СВЕРДЛОВИН
В. С. Терлига, асп., Х. С. Соболь, д. т. н., проф., Н. I. Петровська, к. т. н., доц.
Нащональний умверситет «Льв1вська полтехтка»
Ключовi слова: свердловина, тампонажний матергал, аномально низький пластовий тиск, сповыьнювач тужав1ння, мтеральт добавки, час загуснення
Постановка проблеми. Рiзноманiтнi умови, якими характеризуются свердловини нафтових та газових родовищ Украши, вимагають розробки матерiалiв iз широким спектром застосування. Особливо гостро постае питання використання тампонажних матерiалiв при високих температурах. Закачування тампонажних сумшей на задану глибину без втрати ними реолопчних властивостей вимагае введення до !х складу хiмiчних добавок-модифiкаторiв. Використання технологи сухих бущвельних сумшей (СБС) при виготовленш тампонажних матерiалiв дозволяе у виробничих умовах точно здозувати ус компоненти i отримати матерiал iз наперед заданими властивостями [1].
Цементування свердловин з аномально низьким пластовим тиском (АНПТ) вимагае
Вюник ПДАБА
застосування спецiальних матерiалiв. У першу чергу, такi матерiали повинш характеризуватись густиною розчиново! сумiшi в межах 1,45 - 1,65 г/см3 [2].Використання з щею метою звичайних тампонажних матерiалiв е неможливим, оскшьки густина таких сумiшей при В/Ц = 0,5 становить 1,80 - 1,82 г/см3. Збшьшення кшькосп води замшування задля полегшення даних композицш викликае зростання водовiддiлення та водовiддачi пiд тиском розчиново! сумiшi.
Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй. Для зменшення густини розчинових сумiшей як добавки-полегшувачi використовують алюмосилiкатнi мiкросфери, що характеризуються низькою насипною густиною та високою питомою поверхнею. Вiдомi дослщження з розробки рецептур сумiшей iз середньою густиною 1100 - 1500 кг/м3 [3]. Доведено, що використання даних добавок значно пiдвищуе седиментацшну стiйкiсть розчинових сумiшей, а також дещо збiльшуе адгезiю розчину до обсадно! колони. Проте стiнки зерен мшросфери не витримують тиску понад 20 МПа, що обмежуе глибину застосування подiбних композицiй.
Збiльшення глибини свердловин супроводжуеться зростанням вибiйних тисюв i температур, що суттево впливае на реолопчш властивостi розчинових тампонажних сумшей. Рiзка змiна консистенци тампонажно! сумiшi може викликати втрату прокачуваност та затвердiвання розчину в обсаднш колонi, що спричинюе консервацiю свердловини та багатомшьйонш втрати. Головним фактором, що впливае на термши тужавшня та час загуснення цементних сумшей, е температура. Як показали дослщження, проведенi А. I. Булатовим [4], використання добавок синтетично! винно! кислоти (СВК), сульфатно-дрiжджово!' бражки (СДБ), гiдролiзованих сполук акрилово! кислоти (гшану) дозволяе регулювати реологiчнi властивостi цементних композицш при шдвищених температурах у необхщних межах. Однак !х уведення викликае суттеве зменшення мiцностi цементного каменю.
Мета роботи: розробка та дослщження полегшених сухих тампонажних сумiшей з регульованими реолопчними та фiзико-механiчними характеристиками для цементування глибоких свердловин
Методи дослщжень i матерiали.У роботi було використано портландцемент ПЦ 1-500 виробництва ВАТ «Волиньцемент», цеолiт Сокирницького родовища та метакаолш. Як хiмiчнi добавки-модифiкатори використано комплексну хiмiчну добавку, що складаеться з пластифшатора на основi полiкарбоксилату та стабшзатора на основi ефiру целюлози. До складу сумшей вводили також шногасник та полiпропiленовi волокна. Для сповшьнення тужавiння використовували нiтрилотриметилфосфонову кислоту (НТФК).
Цеолгг та його основний мшерал клиноптилолiт Na6[(AlO2)6'(SiO2)30]•24H2O належать до водних алюмосилiкатiв каркасно! будовi i характеризуються вiдкритою тривимiрною канальною пористютю. Завдяки особливiй будовi порового простору цеол^ може поглинати i вщдавати воду без змiни об'ему, по суп являючи собою жорстку кристалiчну «губку», об'ем пор яко! може досягати 50 %. Завдяки цьому при введенш цеол^у до складу тампонажних розчишв вiн не тшьки вiдiграе роль активно! мiнерально! добавки пуцолашчно! дi!, а й одночасно виступае ефективним полегшувачем [5].
Метакаолш - це аморфiзований силiкат алюмшда Al2O3•SiO2, який утворюеться в результат термообробки природного каолiну при контрольованих параметрах, що забезпечуе одержання матерiалу, стабiльного за складом та властивостями. Серед мшеральних добавок метакаолiн вiдрiзняеться найвищим вмiстом високоактивних оксидiв алюмшю та кремнiю. Маючи надзвичайно високу питому поверхню (1500 м2/кг) та низьку насипну густину (360 кг/м3), метакаолш з устхом може бути використаний як полегшувач у тампонажних сумшах [6].
Результати дослiджень. Як показуе досвщ проведення тампонажних робщ закачування сумiшей на глибину понад 2 км вимагае обов'язкового використання добавок-сповiльнювачiв тужавшня. У статп дослщжена можливiсть використання з цiею метою штрилотриметилфосфоново! кислоти (НТФК). Крiм реолопчних властивостей полегшених тампонажних сумiшей був вивчений вплив НТФК на фiзико-механiчнi властивосп тампонажного розчину при шдвищених температурах.
Для проведення дослщжень було використано тампонажну сумш наступного складу, мас. %: ПЦ-1 - 70, цеолгг - 20, метакаолш - 10, КХД - 0,2, шногасник - 0,1, полiпропiленовi волокна - 0,03. НТФК вводилась у сумш у кшькосп 0,02 - 0,08 мас. %. Як видно з результат, наведених у таблищ 1, дослщжуваш тампонажш сумiшi належать до полегшених iз густиною 1,60 г/см3, характеризуються розпчнютю 230 - 237 мм та вщсутшстю водовiддiлення.
Таблиця 1
Властивост1 полегшених сухих тампонажних сумшей
№ скл. НТФК н м ,я я н <D п 5 '« о д о PQ Час загуснення, хв. м ,ь т о Е 'н з о 3 о i- ,а н - н с у 1-4 Границя мщност у вiцi 2 дiб при t =75° С, МПа
на розтяг при вигиш при стиску
1 - 0,67 0 92 230 1,60 5,4 14,25
2 0,02 0,67 0 103 232 1,60 4,35 12,09
3 0,04 0,67 0 117 233 1,60 3,36 9,58
4 0,08 0,67 0 165 237 1,60 2,59 7,54
Ощночним KprnepieM реолопчних властивостей тампонажних сумшей, що визначають прокачувашсть матерiалу у свердловину, е розтiчнiсть та час загуснення, а не термши тyжавiння, загальноприйнятi у бyдiвельнiй галyзi [2]. Встановлено, що добавка НТФК суттево не впливае на розпчшсть, на вiдмiнy вiд часу загуснення: збшьшення вмiстy добавки у сyмiшi рiзко подовжуе час загуснення системи. Так за присутност вже мшмально! кiлькостi 0,02 % НТФК час загуснення сyмiшi збiльшyеться з 92 до 103 хв, а при введенш li в кшькост 0,08 % вш становить 2 години 45 хвилин (рис. 1).
О 50 100 150 200
Час загуснення, хв
Рис. 1. Вплив НТФК на час загуснення тампонажног сумшг при температур1 75° С
Таким чином, НТФК е ефективною сповшьнювальною добавкою для тампонажних сумшей, як використовуються при шдвищених температурах вибою. II сповшьнювальна дiя на ранне структуроутворення систем на основi портландцементу пояснюеться здатнiстю НТФК, як типового фосформюткого комплексону, проявляти сво! хелатнi властивостi й утворювати стiйкi циклiчнi комплекси з катюнами металiв, у першу чергу, з катюном Al3[7]:
N+ = (- CH2 - POO") + H+
1----Al3i—-1
Утворення на поверхш зерен C3A комплексонатiв алюмшда гальмуе осадження та швидку кристалiзацiю гiдратних фаз, що знаходить свое вщображення у подовженнi часу загуснення тампонажних сумшей.
Але сповшьнювальна дiя НТФК не обмежуеться перiодом загуснення системи. I! наслщки проявляються при подальшш пдратаци в'яжучого та викликають зменшення мiцностi, особливо у ранньому вщг Так, навiть при введенш 0,02 мас. % НТФК спостерпаеться зменшення мщност розчину майже на 20 % - до 4,35 МПа (рис. 2). При подальшому збшьшенш вмiстy НТФК вiдмiчаеться закономiрне падiння мiцностi - аж до 2,59 МПа при введенш 0,08 мас. % добавки. Тому з огляду на вимоги ДСТУ Б В.2.7-88-99, зпдно з якими мщшсть полегшеного тампонажного розчину через 2 доби тверднення повинна становити не менше 2 МПа, при використанш НТФК як сповшьнювально! добавки l! граничний вмiст не повинен перевищувати 0,08 мас. %.
Вюник ПДАБА
I ^
I а 5 ./Л И 4^5
II 11
б/д 0,02 0,04 0,08
BMicT НТФК. %
Рис. 2. Вплив НТФК на мщтстъ тампонажного розчину у вщ 2 di6 при температур1
тверднення 75° С
За допомогою програми ORIGIN на 0CH0Bi проведених дослщжень побудовано залежнють мiцностi i часу загуснення тампонажних сумiшей вiд вмюту добавки НТФК. Дана дiаграма допомагае обрати оптимальний вмют добавки, який roTpi6ro ввести до складу сумiшi залежно вщ умов свердловини та техшки, яка е в наивность
Вьпст НТФ, %
Рис. 3. Д1аграма залежност1 мщност1 розчину та часу загуснення в1д вм1сту НТФК
Висновки. Розроблено полегшену суху тампонажну сумш для цементування глибоких свердловин, яка характеризуеться низьким водовiддiленням, достатньою розтiчнiстю та регульованими реологiчними властивостями. Використання як сповшьнювально! добавки НТФК у кшькосп 0,02 - 0,08 % забезпечуе необхщний час загуснення розчиново! сумiшi та високу ранню мiцнiсть тампонажного розчину.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Захарченко П. В. Сучасш композицiйнi будiвельно-оздоблювальнi матерiали / П. В. Захарченко, Е. М. Долгий, Ю. О. Галаган, О. М. Гаврик та ш.: пiдруч. - К. : КНУБА, 2005. - 512 с.
2. Горський В. Ф. Тампонажш матерiали i розчини: пошб.-моногр. / В. Ф. Горський. -Чертвщ, 2006. - 524 с.
3. Куценко Г. В. Создание рецептур облегченных тампонажных растворов плотностью 1 100 - 150 кг/м3 с использованием акриаламидных и эпоксиуретановых полимеров / Г. В. Куценко, В. М. Зиновьев, Н. А. Карнаухов, Н. Е. Щербич и др. // Сб. науч.тр. и инженер. разработок: Ориентированные фундаментальные исследования - М. : Эксподизайн, 2007 -С.392 - 394.
4. Булатов А. И. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин/ А. И. Булатов, Ю. М. Проселков, С. А. Шаманов - М. : ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. -1007 с.
5. Терлига В. С. Багатокомпонентш тампонажш розчини з покращеними технолопчними властивостями / В. С. Терлига, Х. С. Соболь // Вюник НУВГП «Техшчш науки». - 2010. -Випуск 4(52) - С. 104 - 109.
6. Терлига В. С. Дослщження впливу мшеральних добавок на властивосп сухих тампонажних сумшей / В. С. Терлига, Х. С. Соболь, В. Б. Ничка // Вюник НУ «Львiвська полтехшка» «Теорiя i практика бущвництва». - 2011. - № 697. - С. 225 - 229.
7. Дятлова Н. М. Комплексоны / Н. М. Дятлова, В. Я. Темкина, И. Д. Колпакова - М. : Химия, 1970. - 417 с.
УДК 666:913
НАНОМОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
В. Н. Деревянко, д. т. н., проф., А. Г. Чумак, асп., В. А. Тельянов, асп., Н. В. Кондратьева, * к. т .н., доц.
* ГВЗУ «Украинский государственный химико-технологический университет»
Ключевые слова: гипсовые вяжущие, наномодификация, добавки, повышение прочности, таурит
Актуальность. Вяжущие в системе СаО - 803 - Н20 имеют преимущества перед другими: однородность состава, наличие значительного количества сырья, низкие температуры и экологичность процесса обжига, короткие сроки схватывания и твердения.
К существенным недостаткам следует отнести низкую водостойкость и относительно небольшие прочностные показатели.
Решение данных проблем осуществляется двумя основными направлениями исследований. Первый - управление процессами тепловой обработки с целью получения вяжущих, удовлетворяющих предъявляемым требованиям. Второй - создание смешанных вяжущих, например, гипсоцементных, гипсоцементно-пуццолановых и т. д.
Такие системы отличаются экономической эффективностью, но, как показывает многочисленный опыт, сложность систем не позволяет создать вяжущие, стабильные по своим свойствам.
Интересными в этом плане являются работы по созданию САЦ (сульфоалюминатных цементов) на основе гипса и САК (сульфоалюминатного клинкера), разработанные французскими и китайскими учеными.
САЦ характеризуется наличием большого количества сульфоалюмината кальция (елимита 4Са0 3А1203 803) или«Компонента Клейна» в составе клинкера. Гидратация данного минерала способствует развитию высокой прочности бетонов и растворов на основе САЦ в ранние сроки твердения, высокую водонепроницаемость, хорошее сопротивление переменным циклам замораживания и оттаивания.
Одним из отрицательных свойств вяжущего является нестабильность фазы эттрингита, что препятствует его широкому применению.
Решением проблемы, по нашему мнению, является управление процессами гидратации, сопровождающимися переходом полугидрата в двугидрат сульфата кальция с помощью введения наномодификаторов:
Са804-0,5Н20 + 1,5^0 ^ Са804-2^0 + 133 кДж / кг (1)
В процессе твердения гипсовых вяжущих происходит гидратация в двух направлениях: формированием через растворение - образование насыщенного раствора и выкристаллизацией двугидрата, а также топохимически, то есть в результате проникновения молекул воды в поверхностные слои, коллоидации, затем кристаллизации.
Таким образом, на процесс гидратации влияет скорость растворения полугидрата сульфата кальция [6; 7]. Скорость растворимости подчиняется законам диффузии и описывается уравнением:
< = ^-вС^С, (2)
dt 8
где: - количество вещества, растворяющегося за единицу времени в единице объема; dt
В - коэффициент диффузии; - удельная поверхность растворимого тела;
СI - концентрация насыщенного раствора;
