Полимерные микросферы как облегчающая добавка к тампонажным и буровым растворам в сложных геологических условиях
д. Любая техническая проблема, где требуется снижение веса при низкой теплопроводности, высокой прочности и экономии объема, повышенной устойчивости к эрозии и агрессивным средам, может быть решена с использованием микросфер. В частности, они нашли применение в области нефтегазовой промышленности: добавка микросфер к буровым растворам не только интенсифицирует процесс бурения скважин, но и существенно увеличивает срок службы бурового оборудования. Кроме этого, наполнение цементных растворов микросферами позволяет получить безусадочный, теплоизолирующий, быстро твердеющий материал, обеспечивающий надежную связь пласта с обсадными трубами.
Полые полимерные микросферы представляют собой сыпучий порошкообразный материал, состоящий из полимерных сферических частиц размером 10–1600 мкм истинной плотностью 190–380 кг/м3 (насыпная плотность – 100–190 кг/м3). Отличительными особенностями полимерных микросфер являются низкая плотность, высокая прочность (до 43 МПа) и высокая водостойкость.
Сочетание водостойкости с высокой адсорбционной способностью позволяет эффективно использовать микросферы для сбора нефтепродуктов с поверхности водоемов и тем самым решать экологические проблемы, связанные с аварийными ситуациями попадания нефтепродуктов в водоемы. Это свойство полимерных микросфер подтверждено натурными испытаниями, проведенными БашНИПИнефть на обваловках промысловых скважин. Степень очистки воды достигала 98 %, а адсорбционная способность микросфер по отношению к нефти характеризовалась 5–15-кратным превышением их первоначального веса.
Полимерные микросферы являются прекрасной облегчающей добавкой к тампонажным и буровым растворам, снижающей их плотность и повышающей эффективность работ при бурении скважин в районах со сложными геологическими условиями. В 1971–1972 гг. проведены широкие промышленные испытания тампонажных растворов на основе цемента и полимерных микросфер. Было проведено цементирование эксплуатационных и технических (кондукторов) колонн на месторождениях Башкирии и Татарстана. Анализ результатов применения цемента с полимерными микросферами показывает, что снижение плотности тампонажной смеси до 1,34–1,60 г/см3 (при атмосферном давлении) позволяет в условиях поглощения и перетоков увеличить высоту подъема цемента за обсадной колонной в 2–2,5 раза.
На основе полимерных микросфер разработан новый класс теплогидроизоляционных материалов – сферопластиков. Сферопластики предназначены для изоляции трубопроводов, эксплуатирующихся в тяжелых и экстремальных условиях: для теплогидроизоляции промысловых и магистральных нефтегазопроводов на Крайнем Севере, в болотистой местности, на дне рек, озер и морей, для теплоизоляции обсадных колонн скважин, пробуренных в зоне вечной мерзлоты (для исключения растепления грунта), подводных трубопроводов при шельфовой добыче и добыче со дна моря, тепловых сетей на обводненных и подтапливаемых участках.
Сферопластики представляют собой высокопрочный, замкнутопористый, водонепроницаемый материал на основе модифицированных эпоксидных связующих и полых микросфер. Основные характеристики: плотность 400– 530 кг/м3; прочность 15-50 МПа; коэффициент теплопроводности 0,052–0,06 Вт/м 0К; абсолютная водонепроницаемость; долговечность – 50 лет. Сферопластики обеспечивают комплексную защиту трубопровода, являясь материалом, который по техническим характеристикам, надежности, стабильности свойств и сроку службы в несколько раз превосходит все известные теплогидроизоляционные материалы для труб. Он защищает трубу от коррозии на весь срок своей службы, сохраняя работоспособность трубопровода при любой степени сквозной внутренней коррозии.
Материал представляет собой прочно скрепленный с трубой слой изоляции, который отслеживает без разрушения любые деформации трубопровода (эластичность сферопластика на порядок выше, чем стальной трубы).
Сферопластик имеет следующие основные характеристики:
- абсолютная водонепроницаемость до глубины 2 км (под заказ – до 6 км и более);
- высокая прочность (сопоставимая с бетоном), не нужен защитный кожух;
- способность работать в любых грунтах при любых механических нагрузках на трубопровод (теплоизоляция обсадных колонн скважин);
- широкий температурный диапазон эксплуатации (от -60 до + 80 °С);
- долговечность (не менее 50 лет).
По заданию Газпрома в 1995 г. была теплоизолирована обсадная колонна диаметром 426 мм на длине 144 м скважины № 6403 Бованенковского ГКМ на Ямале, а также выполнено и принято ТЭО строительства завода под текущую потребность в объеме 100 км изолированных сферопластиком труб в год в расчете на диаметр 530 мм.
В 2018 г. на территории ПАО «Полимерсинтез» в г. Владимире планируется создать новое современное производство полимерных микросфер.