Микросферы из природного минерального сырья – Gransphere, как альтернатива ценосферам

MICROSPHERES FROM NATURAL MINERAL RAW MATERIALS – GRANSPHERE AS AN ALTERNATIVE TO CENOSPHERES

TSYPKIN E.B.1,
KOROSTELEV A.S.1
1 «Granula-SpecCement» GC
Yekaterinburg, 620100,
Russian Federation

Gransphere® – это микросферы, производимые из шихты на основе вулканического стекла и композиции из природного минерального сырья, оптимальная альтернатива для большинства областей применения ценосфер. Из-за случайности процесса образования отхода – ценосферы, имеют непредсказуемые свойства и непрогнозируемые количества доступного к заготовке сырья. Все это в совокупности сказывается и на спекулятивном характере ценообразования и сложности планирования работы с ценосферами. Ценосферы, как и любые отходы, не являются продуктом контролируемого производственного процесса. Фактически для переработки сырьевого концентрата ценосфер от отхода до уровня стабильности инженерного продукта каждый раз требуется индивидуальный процесс обогащения и селекции. На территории СНГ немногие компании имеют необходимые навыки и компетенции переработки этого вторичного сырья. Экологически чистая альтернатива ценосферам – это высокотехнологичные микросферы из природного минерального сырья – Грансфера®.

Gransphere® – microspheres are produced from the blend of volcanic glass and a composition of natural mineral raw materials, an optimal alternative for the most areas of cenospheres application. Due to the randomness of the waste formation process the cenosphere have unpredictable properties and unpredictable volumes of the raw materials available for collection. All this together affects both the speculative pricing nature and the complexity of planning work with cenospheres. Cenospheres like any waste are not the product of the controlled production process. In fact, in order to process the cenosphere raw material from waste to the stable engineered product every time a separate processing and selection process is to be applied. In the CIS few companies have the necessary skills and competencies to process this secondary raw material. High-tech Gransphere® – microspheres produced from natural mineral raw materials are the environmentally friendly alternative to cenospheres. OOO «Gransphere®» has studied and improved the well-known solutions and developed its own technology for preparing the blend of the composition of natural volcanic glass and the technological process of sphere production. All stages of our production are controlled by automated control system. Unlike conventional technologies for producing of the expanded additives such as granulated foam glass or «popcorn» our patented technology allows controlled production of the spheres from the micro particles and production of spherical glassy particles with a closed pores and zero water absorption under pressure.

О ценосферах
При сжигании каменного угля на электростанциях образуются летучая зола и другие компоненты золошлаковых отходов. В зависимости от оснащенности систем золошлакоудаления на угольных электростанциях эти экологически вредные вещества осаждаются в системе улавливания пыли и вместе со шлаками смешиваются с водой. Затем в виде золошлаковой смеси различных классов опасности по системе гидрозолоудаления сбрасываются в золоотвалы.
Золоотвалы гидроудаления – это искусственно созданные лагуны-накопители, в которых тяжелые компоненты золошлаковых смесей оседают на дно, формируя «зольные пляжи». Более легкая зола и другие примеси всплывают на поверхность и активно пылят на десятки километров, нанося непоправимый вред окружающей среде.
С помощью различных гидротехнических средств плавающие отходы размываются и отделяются от примесей различного состава. Выделяемый концентрат с различной степенью чистоты известен как «ценосферы» (рис. 1).
Физические и химически свойства, чистота и однородность ценосфер нестабильны и сильно варьируются из-за постоянных колебаний режимов сжигания угля на электростанциях, зависящих от востребованной мощности, времени года и непрерывного износа системы углеподготовки (рис.2).
В результате возрастающих требований к экологии производств большинство ТЭЦ и ГРЭС переходят на сухие технологии золошлакоудаления, что ежегодно снижает доступность и качество ценосфер.
Как показал анализ статистики, за последние 10 лет объемы чистого доступного концентрата ценосфер, сократились на 30 %, а стоимость сырья возросла в 5 раз (!).
Сложная логистика, низкое качество и резкие колебания цен – все эти факторы – делают ценосферы проблематичным сырьем с финансовой и технологической точки зрения. Вот почему многие производители при разработке и проектировании новых технологий и материалов ищут альтернативные облегчающие добавки.
Решение проблемы – технология производства собственного целевого продукта.
Основными технологическим требованиями к микросферам глобального рынка являются стабильное качество, оптимальное соотношение прочности и плотности, низкое водопоглощение. Группа компаний «Гранула-СпецЦемент», являясь разработчиком и доминирующим производителем облегченных тампонажных материалов с использованием микросфер, с 2018 г. последовательно инвестировала в исследования и разработку технологий производства микросфер из природного и экологически чистого и доступного минерального сырья (проект «Грансфера»).
Компанией ООО «Грансфера» были изучены и усовершенствованы известные решения и разработана собственная технология подготовки шихты из композиции природного вулканического стекла и технологический процесс ее сферолизации. Все этапы нашего производства происходят под контролем автоматизированной системы управления.
В отличие от распространенных технологий получения вспученных добавок по типу гранулированного пеностекла или «попкорна» наша запатентованная технология позволяет осуществлять контролируемую сферолизацию микрочастиц – вырабатывать сферические стекловидные частицы с закрытой полостью и нулевым водопоглощением под давлением.

Свойства и области применения
Granspheres® специально разработаны в качестве основного заполнителя для легковесных конструкционных и смесевых композитов, применения в сложных гидробарических условиях, обладают высокими изоляционными характеристиками.
Благодаря сферической структуре с закрытыми полостями, керамосферы «Gransphere»® отличаются низким водопоглощением и высокой адгезией со связующим, а также оптимальным соотношением прочность/плотность (рис. 3).
По сравнению с пеногранулятом или пеностеклом Granspheres® не содержат никаких водорастворимых веществ и имеют стабильную водопотребность, поэтому нет риска высолов в цементных смесях. Gransphere® идеально подходит в качестве пуццоланового наполнителя и заменителя ценосферы в пастообразных продуктах на цементной основе, таких как составы для моделирования и выравнивания, клеи, используются в штукатурках и покрытиях благодаря нейтральному цвету. В качестве минерального наполнителя грансферы также используются в противопожарной защите, литейной технологии и огнеупорной промышленности.
Gransphere® доступна с насыпной плотностью – от 80 до 450 кг/м3.
Наиболее прочные частицы обладают кажущейся плотностью:
1. 0,75–0,85 г/см3;
2. 0,80–0,90 г/см3;
3. 0,85–0,95 г/см3.
Возможности автоматизированной системы управления технологического процесса керамосфер позволяют производить Gransphere® с различной облегчающей способностью и с широким диапазоном рабочих давлений.

Опыт применения Gransphere® при строительстве скважин
Gransphere® – полые стекловидные сферические частицы с закрытой пористостью, нулевым водопоглощением и устойчивостью к воздействию давления, что позволяет им заместить ценосферы не только в строительной индустрии, огнеупорах и композитных материалах, но и на более требовательных к стабильности работах: при бурении и креплении скважин – в составах тампонажных растворов.
Пуццолановая активность частиц Gransphere® позволяет заполнителю более эффективно встраиваться в матрицу цементного камня при твердении, обеспечивая отличную адгезию к цементу и поверхностям. Абразивный эффект способствует очистке ствола скважины при промывке и прокачке.
За счет уникальной, однородной стекловидной структуры оболочки акустические свойства Gransphere®, как проводника ультразвука, способствуют повышению скорости прохождения АКЦ-сигнала по сравнению с ценосферой при прочих равных условиях (одинаковые объемная доля твердой фазы, предел прочности камня при сжатии).
На рис. 4 представлена выборка данных акустической цементометрии 100 эксплуатационных скважин месторождений Приобья. Глубина спуска колонны по вертикали– 2500 м, забойная динамическая температура– от 60 до 70 °C.
Как видно из представленных данных, доля жесткого контакта цементного камня с обсадной колонной выше в среднем на 5–10 % в случае использования Gransphere®.
Истинная плотность Gransphere® аналогична плотности ценосфер и, в зависимости от марки, регулируется в пределах от 0,75 до 0,95 SG (г/см3).
При этом прочность оболочки Gransphere®:
– при давлениях до 2000 psi значительно превосходит ценосферу по прочности;
– при 2000–2500 psi керамосфера и ценосфера имеют близкие показатели по росту плотности тампонажного раствора;
– а при давлениях более 3000 psi значения этих добавок очень близки и учитывая экономические преимущества Gransphere® легко корректируются рецептурой (рис. 5).
Данные лабораторных испытаний надежно согласуются с результатами многочисленных промысловых исследований по замеру плотностей тампонажого раствора в момент затворения и после выхода из межтрубного пространства на устье, рис. 6.
Параметры глубины спуска эксплуатационной колонны, термобарических условий цементирования и применяемых рецептур аналогичны условиям, приведенным на рис. 4. Как видно из представленных данных, рост плотности цементного раствора после прохождения через забой, составил не более 2–3 %, что также типично для большинства составов на зольных микросферах.
Группой «Гранула-СпецЦемент» освоено производство и планомерно осуществляется масштабный переход в дизайне облегченных цементных растворов от ценосфер к керамосферам Gransphere®. Основываясь на нашем 20-летнем опыте, были разработаны и внедрены в промысловое применение различные составы облегченных тампонажных смесей на основе Gransphere®: PetroCEM Lite™ и ЦТОС™ (CTOS™).
В 2020 г. уже зацементировано более 900 скважин с применением тампонажных смесей на основе Gransphere™.
Таким образом, керамосферы Gransphere® являются реальной и полноценной заменой ценосфер, превосходят их по технико-экономическим и экологическим характеристикам. Возможность производства в требуемых объемах обеспечит стабильные цены, что исключит спекулятивный рост цен в обозримом будущем на облегченные тампонажные материалы для строительства скважин.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Цыпкин Е.Б.

    коммерческий директор

    ЗАО «Гранула»

    Коростелев А.С.

    заведующий отделом крепления скважин

    ООО «ТюменНИИгипрогаз»

    Просмотров статьи: 1061

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru