CC BY
8
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 665.7.038:622.245.142 (045), 69.691.624.01
Article info
Received 04.04.2017 р.
1.1. Чудик1, О. Д. Мельник1, О. I. Кирчей1, О. С. Малишевська2
' 1вано-Франшвський нацюнальний техшчний ушверситет нафти i газу, м. 1вано-Франтвськ, Украша 21вано-Франтвський нащональний медичний ушверситет, м. 1вано-Франтвськ, Украша
ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ ПОЛ1МЕРНИХ В1ДХОД1В ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ ПОЛЕГШЕНИХ ТАМПОНАЖНИХ РОЗЧИН1В
Метою дослвдження е отримання полегшених тампонажних розчишв, наповнених полiмерними вiдходами для кршлення нафтових i газових свердловин. Задачею - шдвищення ступеня зчеплення полiмерного наповнювача з цементною матрицею, що дасть змогу повною мiрою використати переваги дисперсно-армованих композитiв. Для створення полегшених тампонажних розчинiв на основi цементу Тх було наповнено полiмерними вiдходами. Нарiзанi ввдходи, перед додаванням до цементу, ме-ханiчно активували з одночасним введениям у процеа активацй поверхнево-активноТ речовини. Дос-лiджували сумiшi з додаванням попередньо подмбнених та механiчно активованих вiдходiв ПЕТФ -пляшок у кшькосп вiд 0,5 % до 16,5 % ввд маси цементу з кроком 0,25 % iз додаванням поверхнево-активних речовин та змшнш температурi. Дослiджениями встановлено: наповиювачi розмiром до 0,5x10 мм, шд впливом сегрегацй та великоТ питомоТ поверхнi, на яку осiв цемент, опускаються на дно розчину; оптимальним е подрiбнения наповнювача 0,3x8 мм; надлишок ПАР на поверхнi напов-нювача не пiдвищуе зчеплення полiмеру з цементним каменем, а сповшьнюе процес тужавiния та на-бирання мiцностi внаслiдок виникнення процесу ковзання на поверхнi полiмеру. Перспективними дослщженнями е нанесення нанопокриття з ПАР на поверхню полiмерного наповнювача, яке мае вик-лючити ковзання та збшьшить адгезiю полiмеру до цементного каменю.
Ключовi слова: утилiзацiя полiмерiв; тампонаж свердловин; армування бетонiв; шшмерш волокна.
Вступ. Крiплення свердловин залишаеться найваж-ливiшим фактором, що визначае !х якiсть як шженер-них споруд. При цьому значна роль выводиться тампо-нажним портландцементам, яю, незважаючи на активнi роботи у сферi пошуку нових матерiалiв для цементу-вання обсадних колон, будуть ще тривалий час залиша-тися основним матерiалом для ^плення свердловин.
Постановка проблеми. Портландцемент, володточи безперечними перевагами над шшими тампонажними матерiалами, мае iстотнi недолши, що знижують як1сть крiплення. Передуем, це стосуеться iзоляцiйних влас-тивостей цементного каменю, на як1 значний вплив мае його деформацiя. Напруги згину i розтягу, що мають 1мпульсний характер у свердловинi, призводять до руйнування цементного каменю за обсадною колоною i втрати герметичносп крiплення свердловин.
Одним iз можливих шляхiв вдосконалення тампонажних матерiалiв на портландцементнiй основi е зас-тосування дисперсного армування в'яжучих. Це дае змогу шдвищити опiрнiсть тампонажного каменю дина-мiчним навантаженням внаслвдок того, що цементна матриця забезпечуе ошр стискаючим напруженням, а армуючий компонент - розтягуючим i згинаючим нап-руженням.
Аналiз останнгх дослщжень та публжацш. Для
тампонажних матерiалiв щея наповнення цементних систем волокнами не нова, i до теперiшнього часу е певний досвщ використання рiзних вид1в фiбри у там-пнажних матерiалах. Зокрема, пiд час розроблення ар-мованих цемент1в для ще! мети застосовували азбест, базальтове, бавовняне й iншi волокна. Над проблематикою армування тампонажних розчишв працювала низка наукових вiтчизняних та зарубiжних органiзацiй i на-уковцiв, найбшьш вагомий внесок зробили: В. В. Зяб-
ченко, О.1. Лушпаева (Lushpeeva & Loseva, 2007), В. Л. Воеводкш, P. C. Aitcin (Aitcin, 2000), G. Edward, P. Nawy (Edward & Nawy, 2001), L. Czarnecki (Czarnec-ki, 2003), Tanaka Yoshiniro, Hashimoto Osamu, Nishi Ka-zuhiko (Tanaka, Hashimoto & Nishi, 2012), L. Czarnecki, E. Emmanuel, Maria S. Konsta-Gdoutos, A. Panagiotis (Emmanuel, Konsta-Gdoutos & Panagiotis, 2016), V. Perfi-lov, D. Oreshkin (Perfilov, Oreshkin & Semenov, 2016), Rita Giao, Valter Lucio (Giao, Lucio & Chastre, 2017), Carlos Chastre.
Найбшьш детальш дослщження армованих цеменпв проведено пiд ВНПКрнафта (ниш НВО "Буршня"), де пiд керiвництвом А. I. Булатова i Д. Ф. Новохатського були обгрунтоваш принципи отримання та застосування дисперсно-армованих тампонажних цеменпв, обгрунто-вaнi типи армуючих добавок i був оргaнiзовaний випуск високотемпературних армованих цементiв з використан-ням азбесту i базальтового волокна (Riabchenko, 2008).
Видiлення невирiшених рашше частин загально' проблеми. Анaлiз науково-практичних напрацювань провiдних науковц1в у галуи руйнування неармованих мaтерiaлiв показав, що процеси, котрi протiкaють в не-армованому бетонi, iстотно вiдрiзняеться вщ руйнування армованого цементного каменю. Дослвджуваний процес е б1льш складним i фактично поеднуе так1 про-цеси:
• мiкротрiщиноутворення у цементнiй матрищ;
• розтрккування i порушення суцшьност матрицi з передачею навантаження у зруйнованому перетинi на арму-ючий компонент;
• розрив окремих армуючих волокон i перерозподш зу-силь на rnmi волокна, що перетинають ичення, котре руйнуеться;
• часткова - тд дieю зусиль достатнiх для руйнування не-армованого бетону, а тзтше повна - пiд дieю критич-
Цитування за ДСТУ: Чудик I. I. Перспективи застосування полiмерних в1дход1в для приготування полегшених тампонажних розчинiв / I.
I. Чудик, О. Д. Мельник, О. I. Кирчей, О. С. Малишевська // Науковий вюник НЛТУ Укра'ни. - 2017. - Вип. 27(3). - С. 161-165 Citation APA: Chudyk, I. I., Melnyk, O. D., Kirchey, O. I., & Malyshevska, O. S. (2017). Some Prospects of Polymeric Wastes Usage for
Preparing Lightweight Grouting Solutions. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 161-165. Retrieved from: http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/376
них навантажень на цементный камшь, втрата зв'язку компонентiв цементного каменю, з подальшим руйну-ванням мiж фазно! меж1, i втратою несучо! здатностi ар-муючого наповнювача.
У процес руйнування армованого цементного каменю наповнювач може або розриватися, або вириватися з цементно! матрицi. На протiкання механiзму руйнування значний вплив мають характеристики наповнювача, та вирiшальний вплив мають сили зчеплення (адгезп) наповнювача i цементно! матрицi, а також споаб зак-рiплення (анкерування) наповнювача в бетош.
Максимальна реалiзацiя мiцнiсних властивостей наповнювача ввдбуваеться тд час його розриву в процесi прикладання навантаження. Руйнування армованого цементного каменю за мехашзмом "виривання" наповнювача з матриц говорить про недостатне використання мiцнiсних можливостей наповнювача, а за слабко! адге-зн до цементного каменю або незначно! довжини анкерування властивостi наповнювача мають незначний вплив на властивосп наповнено! ним цементно! матрицу.
Аналiз основних властивостей тампонажних розчи-шв i цементного каменю на !х основi показав, що введениям полшерних наповнювач1в можна досягти знач-ного покращення низки характеристик цементних роз-чин1в. Позитивних змiн можна досягти для таких характеристик: седиментацшно! стшкосп розчину; контрак-щ! та об'емно! змiни у процес твердiния; структури по-рового простору, мщносп, проникностi, ударостiйкостi i пружних властивостей цементного каменю.
Незважаючи на очевидну перспективнiсть введения армуючих компонента у цементш сумiшi, роботи в цьому напрямку, за останнi 25 роюв, практично не проводили, а тампонажш матерiали на основi полiмерних волокон не випускають.
Формування цiлей дослщження. Завданням досль дження е отримання полегшених тампонажних розчи-нiв, наповнених полiмерними вiдходами для крiпления нафтових i газових свердловин. Технiчною задачею е пiдвищения ступеня зчеплення полiмерного наповнювача з цементною матрицею, що дае змогу повною мь рою використати переваги дисперсно-армованих ком-позипв.
Найбшьш важливим фактором, який мае виршаль-ний вплив на фiзико-механiчнi властивостi бетону, е зчеплення мiж наповнювачем i цементним каменем. Зчеплення виникае внаслвдок щ1льного прилягания i з'еднания цементного каменю з наповнювачем, котре забезпечуеться шорсткою поверхнею наповнювача та його адгезiйною властивiстю. Шдвищения шорсткостi поверхнi наповнювача, а разом з нею i адсорбцi!, забез-печуе краще зчеплення, крiм цього, шдвищеним зчеп-ленням володготь бшьш м'якi, пористi i неоднорiднi за мшералопчним складом заповнювачi. Але найкращим зчепленням володiють наповнювачi, поверхня яких сприяе проникненню цементного гелю вглиб наповнювача. О^м цього, максимально, на мщшсть i якiсть зчеплення впливае хiмiко-мiнералогiчний склад наповнювача та електростатичш умови, котрi виникають на його поверхнi.
Вiдомо, що полiетилентетрфталат (ПЕТФ) та його вщходи, котрi е другими за обсягами утворення поль мерних вiдходiв в Укра!ш та свiтi, мають низьк адге-
зiйнi та адсорбцiйнi властивосп. ПЕТФ - вiдходи, пере-важно складеш використаними ПЕТФ-пляшками, що мають гладку, практично вiдполiровану, поверхню, кот-ра володiе мiиiмальним зчепленням iз цементним каменем. На сьогодш залишаеться актуальною проблема зчеплення гетерогенно! системи "цементний камiнь -полiмерне волокно", позаяк синтетичнi волокна мають погану змочуванiсть i вiдповiдно погану адгезiю до цементному каменю.
Якщо наповнювач мае добрi деформацшш власти-востi, то це сприяе зниженню об'емно! деформацi! та напруги у цементному каменi пiд час твердшия та змь ни мшроклшатичних умов довк1лля. Отже, пiдвищенi деформацшш властивосп наповнювача зменшують не-безпеку розтрккувания та передчасного руйнування на-повненого ним бетону, а також усадку та деформащю цементного каменю у процес тужавiння цементу. Саме такими властивостями володтоть ПЕТФ-вiдходи, котрi пропонуемо вводити у цементнi розчини для цементу-вання свердловин.
Однак явища, котрi виникають у процесi приготу-вання такого типу цементного розчину, практично не вивчеш i тому для визначення мщносп зчеплення на-повнювача з цементним каменем треба покладатися б1льше на експериментальш дослiдження, якi здiйснено у цш роботi.
Виклад основного матерiалу. П1д час введения будь-якого наповнювача, зокрема i полiмерних ввдхо-д1в, у цементну матрицю вирiшальну роль у цьому про-цесi вiдводиться "склеюванню" гiдрофобних (органiка) i гiдрофiльних (клшкерш мiнерали) поверхонь.
Добре дослiдженi полiмернi волокна, що широко застосовують у будiвництвi, за нормальних умов воло-д1ють низьким ступенем зчеплення з цементним каменем. Це зумовлено низьким ступенем адгезн та сорбцп, крт того, вони е хiмiчно-iнертними вiдносно компо-нентiв цементно! сумiшi (Уоеуоёкуп, 2012; Trotuar.ru, п.ё.).
На сучасному етапi пропозицi! науковцiв iз виршен-ня цiе! проблеми обмежуються змшою вигляду поль мерних волокон. Волокна виготовляють у формi джгу-т1в, спiралей, хвильок, iз рiзноманiтними гачечками на !х поверхнi та ш. Все це сприяе шдвищенню зчеплення з цементним каменем на фiзичному рiвнi, але не на хь мiчному. Вiдомо, що саме хгшчне з'еднания е найбiльш надшним, мiцним i довговiчним. Тому, якщо створити умови росту кристалгв цементно! матрищ саме на по-верхш пол1мерного наповнювача, то це виршить проблему зчеплення пол1меру з бетонною матрицею.
Враховуючи зазначене вище, введения полшерних волокон жодним чином не може впливати на збшьшен-ня мiцностi цементного каменю ш на стиск, нi на згин, бо вони не зчеплеш з бетоном. Волокна вводяться в бе-тонну сумш з метою попередження !! усадки, розтрк-кування та бшьш рiвномiрного розпод1лу цементу. Якщо i спостерiгаеться зростання фiзико-механiчних характеристик наповнено! пол1мерним волокном сумш^ то швидше завдяки утриманню волокнами частинок цементу та шску. Цей процес сприяе бшьш рiвномiрному розпод1лу елементiв сумiшi у бетоннш матрицi i завдяки йому ввдбуваеться покращения фiзико-механiчних характеристик бетону.
Для виршення проблеми хiмiчного зчеплення зап-ропонували нанесення поверхнево-активних речовин (ПАР), котрi активно адсорбуються на поверхнi меха-нiчно активованих ПЕТФ-вiдходiв. Проведенi експери-ментальнi дослiдження пiдтвердили правильнiсть i ефективнiсть такого пiдходу.
Термодинамiчний анашз цього й iнших процесiв взаемодп з водою клiнкерних мiнералiв показуе, що вони е екзотермiчними, самочинними з досить значним зменшенням енерги Гiббса (Аа0< 0) на рiвнi 150200 кДж/моль. Гетерогеншсть цих реакцiй свiдчить про виршальний вплив площi контакту мiж реагуючими речовинами i енергетики адсорбцiйного приповерхне-вого шару на контактi двох фаз (рщина - тверде тио).
Молекули ПАР знижують значения поверхневого натягу (а) води ввд 0,07 до 0,03-0,04 Дж/м2 (тобто практично в 2 рази). Шд час цього штенсифжуеться процес змочування i в подальшому зростае швидюсть взаемодп рщко1 i твердо! фази, що е одним з виршальних показ-никiв гетерогенних процесiв.
ПАР, котрi використовували пiд час експеримен-тального дослiджения, вiдносять до анюнактивних, якi пiсля адсорбци на будь-якш поверхнi заряджають И негативно. Для анюнактивних ПАР характерш i хiмiчнi взаемодп, котрi теж впливають на процеси тверднення i властивосп цементного каменю. На вiдмiну ввд пдро-ф1льних ПАР, котрi адсорбуються утворюючи горизон-тальнi лускоподiбнi нашарування, використанi пдрофо-бiзуючi ПАР утворюють скупчення вертикально розта-шованих молекул на поверхш пол1меру. Завдяки хемо-сорбцп вони мiцно фiксуються на поверхш, перетворю-ючи И на олеофшьну i стають вiдповiдним клеем мiж поверхнею неорганiчних i оргашчних речовин.
Проведено низку експериментального дослвдження, результатом яких мало стати виршення задачi отри-мання бетонних сумшей, наповнених полiмерними вщ-ходами, котрi за сво1ми характеристиками та властивос-тями повиннi задовольняти вимоги ГОСТ 26798.0-85, ГОСТ 26798.1-85, ГОСТ 26798.2-85 щодо зчеплення з цементом, стшкосп на стиск i згин, зручносп укладан-ня, швидкостi твердiния.
Дослвдження проводили з вiдходами ПЕТФ-пляшок. Цей тип вiдходiв обрано, спираючись на позитивш ре-зультати у застосуванш !х як наповнювач1в у будiвельнi цементнi сумiшi. Для розроблених нами ранше будь вельних сумiшей, оптимальним було введення до !х складу 7 % ПЕТФ-вщходгв вiд маси основного напов-нювача (п1ску) (Malyshevska & Ме1пук, 2014а; 2014Ь).
Мета дослвдження - встановлення можливостi зас-тосовування ПЕТФ-вiдходiв для створення полегшених тампонажних розчин1в.
В експериментах iз створення полегшених тампонажних розчишв змiнювались такi параметри полiмер-но-наповнено1 цементно1 сумiшi: пропорцп полiмерно-го наповнювача; тип полiмерного наповнювача (меха-нiчно активований без додавання ПАР та з додаванням ПАР шд час активацп); вид ПАР та хiмiчних агент1в.
Дослiджения проводили у напрямках встановлення оптимального складу розчину i межi максимально допустимого ведення полiмерних вiдходiв у тампонажний розчин без попршення його фiзико-механiчних власти-востей. Для цього змшували, у вiдповiдних пропорщ-ях, попередньо подрiбненi та механiчно активованi з (без) додаванням ПАР вщходи полiмерiв з цементом i водою з (без) додаванням хiмiчних агентiв.
Склад сумiшi контрольних зразк1в (без полiмерних вiдходiв): цемент - 300 г, вода - 150 г.
Склад дослвджуваних сумшей: цемент - вода (1:0,5) - мехашчно активоваш ПЕТФ-вiдходи вiд 0,5 до 16,5 %, вiд загально1 маси цементу (з кроком 0,25 %). ПАР - лауреатсульфат натрию, полiетиленглiколь, гос-подаське мило. Хiмiчнi агенти - СаО, аеросил, СаС12, КМЦ НВ.
Дослщи проводили за такою методикою. Нарiзанi ПЕТФ-вiдходи механiчно активували у створеному пристро1 (Ма1yshevska & Ме1пук, 2015) з одночасним введенням у процес активаци господарського мила в кшькосп 0,01 % вiд ваги полiмеру, або замочуванням в ПАР мехашчно активованих вщход1в з наступним !х висушуванням. Пот1м обробленi ввдходи додавали у цемент. Суху сумш перемiшували на мiксерному змшу-вачi впродовж 1,0-1,5 хв i додавали воду (або воду разом iз хiмiчним агентом). Шсля введення води отрима-ний розчин замщували ще 3 хв. Одразу шсля цього ви-мiрювали розпчшсть сумiшi та и густину. Шсля прове-дених дослiджень сумiш укладали шарами i ущщьнюва-ли меташчним стержнем, у форми розмiром (10x2^2 см). Шсля укладання зразки вiбрували впродовж 1 хв.
Таким способом було виготовлено по 4 зразки для кожного виду сумш^ Далi зразки витримували у формах упродовж 24±: год у рiзних температурних умовах. Шсля розформування, !х вмiщували ще на одну добу в емшсть iз водою. Через 48±2 год, з моменту виготовлен-ня, проводили дослвдження на стиск i згин зразюв за методикою, викладеною у ББ 812:1960 та ГОСТ 26798.2-85.
Обговорення результа^в дослщження. У процесi експерименту було створено ряд тампонажних сумшей i на !х основi виготовлено зразки, результати випробу-вання котрих наведено у табл. 1.
Табл. 1. Фiзико-механiчнi та реологiчнi властивостi тампонажних сумшей на основ1 цементу з додаванням механiчно _активованих ПЕТФ-вiдходiв_
№ з/п Склад тампонажно'1 сумМ, г Розпч-нють, см Густина, кг/м3 Мщшсть на згин через 2 доби, МПа Мщнють на стиск через 2 доби, МПа Примггка
1 Цемент - 300; вода - 150 24 1790 1,4 6 Вадбуваеться швидке водоввддшення
2 Цемент - 295,5; ПЕТФ - 4,5 (1,5 %); вода - 150 25 1760 1,385 5,87 Пiд час вимiрювання розтiчностi спос-терiгалась ввдсутшсть гомогенностi системи цемент - вода - ПЕТФ, внас-лiдок посередиш скупчення ПЕТФ-наповнювача по контурах цемент з водою
3 Цемент - 289,5; ПЕТФ - 10,5 (3,5 %); вода - 150 25 1700 1,197 2,3
4 Цемент - 295,5; ПЕТФ -16,5 (5,5 %); вода - 150 25 1580 0,54 3,2
Мехашчно активоваш ПЕТФ-вiдходи розмiром 2^20 мм шд впливом сегрегаци та велико! питомо! по-верхнi, на яку оав цемент, опустились на дно цементного розчину, тому рiвномiрно не розподшилися за об'емом сумiшi.
Для створення розчину з бiльш однорщними та пластичними властивостями, на наступному еташ, було змiнено розмiр ПЕТФ-ввдходгв до 1,5 мм*8-12 мм з од-ночасним нанесенням на !х поверхню ПАР (лауреат -
Висновки:
1. Унаслщок проведених до^джень встановлено, що надлишок ПАР, який було нанесено на поверхню мехашчно активованих ПЕТФ-вiдходiв, заметь пiдвищення зчеплення полiмеру з цементним каменем призвiв до виникнення зворотного процесу - сповшьнення проце-су тужавiння та набирання мiцностi цементним каменем внаслщок виникнення процесу ковзання на повер-хнi полiмеру.
2. Зважаючи на отриманi результати, можливими пер-спективними напрямками до^джень е коригування наповнених ПЕТФ-вiдходами тампонажних розчинiв, шляхом застосування хiмiчних агентiв та змша розмiру наповнювача.
Перелiк використаних джерел
Aitcin, P. C. (2000). Cement: yesterday and today. Concrete of tomorrow. Cem. and Conor. Res. 13, 1349-1351.
Czarnecki, L. (2003). Domieszki do betony. Mozliwosci i ogranicze-nia [Concrete admixtures. Possibilities and limitations]. Budow-nictwo, technologia, architektura, 3, 4-6.
Edward, G., & Nawy, P. (2001). Fundamentals of High-Performance Concrete. Sec. Ed. Willy.
Emmanuel, E. M., Konsta-Gdoutos, S., & Panagiotis, A. D. (2016). Portland cement mortar nanocomposites at low carbon nanotube and carbon nanofiber content: A fracture mechanics experimental study. Cement and Concrete Composites, 70, July, 110-118.
Giao, R., Lucio, V., & Chastre, C. (2017). Characterisation of unidirectional fibre reinforced grout as a strengthening material for RC
сульфат натрто та полieтиленглiколь), що мало б спри-яти утриманню пласпвщв у цементнш сумiшi та не до-пустити !х освдання i скупчення.
Для цього шсля мехашчно! активаци ПЕТФ-вщходи занурили в 10 %-й розчин ПАР, попм висушили i змь шали з цементом, пiзнiше додали воду. Унаслвдок було отримано тампонажнi сумiшi i на !х основi виготовлено, за згаданою вище методикою, зразки, результати вип-робування наведено у табл. 2.
structures. Construction and Building Materials, 15 April, 137, 272-287.
Lushpeeva, O., & Loseva, N. (2007). Patent RF №2375552. Tsement tamponazhnyi vysokotemperaturnyi armovanyi [Cement plugging, high-temperature reinforced].
Malyshevska, O., & Melnyk, A. (2014a). Mekhanichnyi retsyklinh polietylentetreftalatovykh (PETF) pliashok [Mechanical recycling polietylentetreftalat (PET) bottles]. Scientific Journal NLTU Ukraine, 24(2), 156-163.
Malyshevska, O., & Melnyk, A. (2014b). Perspektyvy vykorystannia polimernykh vidkhodiv yak napovniuvachiv u betonni sumishi [Prospects of using plastic waste as fillers in concrete mixtures]. Scientific Journal NLTU Ukraine, 24(4), 149-155.
Perfilov, V., Oreshkin, D., & Semenov, V. (2016). Environmentally Safe Mortar and Grouting Solutions with Hollow Glass Microspheres Procedia Engineering, 150, 1479-1484.
Riabchenko, V. (2008). Keruvannia vlastyvostiamy burovykh rozchyniv [Management properties of drilling fluids]. Moskow: Nedra. [in Russian].
Tanaka, Yo., Hashimoto, O., & Nishi, K. (2012). Patent JP № 52682, 20120207. Reinforced cement based on mixed material.
Trotuar.ru (n.d.). Reinforcing fibers cementitious composite materials, polyamide fibers contribute. Retrieved from: www.trot-uar.ru/ forms/ dobavki/fibra2. shtml.
Voevodkyn, V. L. (2012). Patent RF № 2458962. Fybroarmyrovanniy materyal dlya tsementyrovanyya produktyvnikh intervalov, pod-verzhennikh perforatsii v protsesse osvoeniya skvazhin [Fiber reinforced material for cementing productive intervals prone to perforation during well development]
Malyshevska, O., & Melnyk, A. (2015). Patent № 110282. The method of recycling bottles polietylentetreftalatu (PET).
Табл. 2. Фiзико-механiчнi та реолопчш властивост цементних тампонажних сумшей з додаванням мехашчно
активованих ПЕТФ-вiдходiв з ПАР на ix поверхн
№ з/п Склад тампонажно'1 сумМ, г P03TÍ4-шсть, см Гус-тина кг/м Мщшсть на згин через 2 до-би, МПа Мщнють на стиск через 2 доби, МПа Примика
1 Цемент - 300; вода - 150 24 1790 1,4 н.у. 6 н.у. Вщбуваеться швидке водовщд^ лення
1,3 за /=50 0C 8,3 за /=50 "C
2 Цемент - 289,5; ПЕТФ - 10,5 (3,5 %) + тшетиленглжоль; вода - 150 18 1670 0,72 н.у. 4 н.у. У процем приготування розчишв спостертлось ix активне шно-утворення i збшьшення в об'ем^ особливо з лауреат сульфатом натрш, було вiзуально помино велику кiлькiсть ПАР. Розчини не гомогенш.
0,97 за /=50 0C 5,7 за /=50 0C
3 Цемент - 289,5; ПЕТФ - 10,5 (3,5 %) + лауреатсульфат натрш; вода - 150 17 1670 0,93 н.у. 4,2 н.у.
1,13 за /=50 0C 5,94 за /=50 0C
4 Цемент - 283,5; ПЕТФ - 10,5 (3,5 %) + тшетиленглколь; вода - 150; + 11,5 (5 %) розчину КМЦ НВ 20 1680 0,87 н.у. 4,8 н.у. Щоб досягти гомогенносп роз-чинiв, у них було додано згущу-вач КМЦ НВ.
0,94 за /=50 0C 4,87 за /=50 0C
5 Цемент - 283,5; ПЕТФ - 10,5 (3,5 %) + лауреатсульфат; вода - 150; + 11,5 (5 %) розчину КМЦ НВ 21 1690 0,95 н.у. 4,5 н.у.
1,27 за /=50 0C 6,14 за /=50 0C
И. И. Чудик, А. Д. Мельник, О. И. Кирчей, О. С. Малышевская
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
ОБЛЕГЧЕННЫХ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ
Целью исследования является получение облегченных тампонажных растворов, наполненных полимерными отходами для крепления нефтяных и газовых скважин. Задачей - повышение степени сцепления полимерного наполнителя с цементной мат-
рицей, что позволит в полной мере использовать преимущества дисперсно-армированных композитов. Для создания облегченных тампонажных растворов на основе цемента их было наполнено полимерными отходами. Нарезанные отходы, перед добавлением в цемент, механически активировали с одновременным введением в процессе активации поверхностно-активного вещества. Исследовались смеси с добавлением предварительно измельченных и механически активированных отходов ПЭТФ - бутылок в количестве от 0,5 % до 16,5 % от массы цемента с шагом 0,25 % с добавлением поверхностно-активных веществ и переменной температуре. Исследованиями установлено: наполнители размером до 0,5x10 мм, под влиянием сегрегации и большой удельной поверхности, на которую осел цемент, опускаются на дно раствора; оптимальным является измельчение наполнителя 0,3x8 мм; избыток ПАВ на поверхности наполнителя не повышает сцепление полимера с цементным камнем, а замедляет процесс схватывания и набора прочности вследствие возникновения процесса скольжения на поверхности полимера.
Перспективными исследованиями является нанесение нанопокрытия из ЮАР на поверхность полимерного наполнителя, который должен исключить скольжение и увеличит адгезию полимера к цементному камню.
Ключевые слова: утилизация полимеров; тампонаж скважин; армирования бетонов; полимерные волокна.
1.1. Chudyk, O. D. Melnyk, O. I. Kirchey, O. S. Malyshevska
SOME PROSPECTS OF POLYMERIC WASTES USAGE FOR PREPARING LIGHTWEIGHT
GROUTING SOLUTIONS
Mounting holes remains the most important factor in determining the quality as engineering structures. Therefore the aim of the research presented is obtaining lightweight grouting solutions filled with polymeric wastes for casing oil and gas well pumps. The task of the research is increasing of adhesion between polymeric filling agent and cement matrix which allows using all advantages of particle-reinforced compositions. For making of lightweight grouting solutions filled with polymeric waste length varied from 8 to 20 mm while width ranged from 0.3 to 20 mm. The amount of filling agent ranged from 0.5 % to 16.5 % from general mass of cement with step 0.25 %. The research experiments were conducted at the different temperature. We have obtained certain results. Cut wastes were mechanically activated in a constructed device with simultaneous administration of SAS (0.01 % of polymer weight). Filling agents with size up to 0.5x10 mm under influence of segregation and big specific surface settled down to the bottom of solution and their even distribution in the composition was not achieved. It has been established the best results were showed by filling agents with size 0.3 x 8 mm. The authors have also revealed that surplus of SAS at the surface of filling agent does not increase adhesion between polymer and cement stone but slowing process of concrete setting and gaining of strength due to sliding motion process at the polymer surface. We should summarize that the prospects of the research are application of nano-coating with SAS on the surface of polymeric filling agent which might exclude sliding motion process and increase adhesion between polymer and cement stone.
Keywords: polymers recycling; tamping of wells; concrete reinforcement; polymer fibers.
1нформащя про aBTopiB:
Чудик Irop 1ванович, д-р техн. наук, професор, 1вано-Франювський нацюнальний техшчний ушверситет нафти i газу, м. 1вано-
Франкшськ, Украша. Email: [email protected] Мельник Олександр Дмитрович, канд. геол.-мшер. наук, доцент, 1вано-Франювський нацюнальний техшчний ушверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украша. Email: [email protected] Кирчей Олег 1ванович, асистент, 1вано-Франювський нацюнальний медичний ушверситет, м. 1вано-Франювськ, Украша. Email: [email protected]
Малишевська Ольга Степашвна, канд. техн. наук, асистент, 1вано-Франювський нацюнальний техшчний ушверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украша. Email: [email protected]
