Самозалечивающиеся цементы – ключ к сохранению герметичности крепи скважин. Часть 1
Автор: Агзамов Ф.А., Исмагилова Э.Р.
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Цементные и другие вяжущие с минеральными и органическими добавками
Статья в выпуске: 5 т. 11, 2019 года.
Бесплатный доступ
Для ограничения водопритока в скважинах необходимо герметизировать каналы в цементном кольце толщиной 20–25 мм, на глубине сотен и тысяч метров. При этом наиболее перспективным решением является применение самозалечивающихся цементов. Работы по получению самовосстанавливающихся материалов начались с 1980-х годов, с работ Дональда Джуда. Широкую известность получили работы Сибрандван дер Цваага, Шеба Д. Бергмана и Фреда Вудла, Ричарда П. Вула, Д.И. Ву, Н.Р. Соттоса, Эрина Б. Мерфи, Хенка Джонкерса, которые обосновали концепции, предложили технологии и добавки для восстановления герметичности полимерных и цементных материалов. Несмотря на активное развитие этого направления исследований, только компания Шлюмберже остается единственной, разработавшей и успешно применяющей для цементирования скважин «самозалечивающийся» цемент «Futur». Авторами статьи ставилась задача модифицирования тампонажных цементов, способных к автономному «залечиванию» водопроводящих каналов притока пластовой воды. В исследованиях использованы полиакриламид (ПАА), водонабухающий полимер (ВНП В-615), полиакрилат натрия (ПАН), сшитые сополимеры ПАА, активные гидроизолирующие минеральные добавки и набухающие эластомеры. Большинство добавок имеет степень набухания более 150%, они эффективно снижают проницаемость цементного камня, но для регулирования скорости их набухания необходимы многослойные оболочки, создание которых является существенным недостатком большинства материалов. Наиболее эффективным реагентом явился сшитый сополимер АА на основе анионного поликриламида, легко покрывающийся водорастворимой оболочкой. Цементный камень с добавкой сополимера АА имел проницаемость 0,0018 мкм2 при прочности на изгиб в возрасте 2-х суток 8,0 МПа.
Цементный камень, водопроводящие каналы, самовосстанавливающиеся материалы, триггерный механизм, автономное самовосстановление цементного камня
Короткий адрес: https://sciup.org/142221482
IDR: 142221482 | DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-5-577-586
Список литературы Самозалечивающиеся цементы – ключ к сохранению герметичности крепи скважин. Часть 1
- Агзамов Ф.А., Измухамбетов Б.С. Долговечность тампонажного камня в коррозионно-активных средах. – СПб. – 2005. – 317 с.
- Donald Jud G. and James M. Watts. Land Economics. – 1981. – vol. 57, issue 3. – Р. 459–470.
- Dry C. and Sottos N. R. Passive smart self-repair in polymer matrix composites. In Smart Structures. – 1993: Smart Materials, V.K. Varadan, ed., vol. SPIE 1916. – Р. 438–444.
- White, S.R. et al. Autonomic healing of polymer composites // Nature. – 2001. – 409(6822). – Р. 794–797.
- Kessler, M.R., Sottos, N.R. & White, S.R. Self-healing structural composite materials. // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2003. – 34(8). – Р. 743–753.
- Carlson, H.C. & Goretta, K.C., Basic materials research programs at the U.S. Air Force Office of Scientific Research // Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology. – 2006. – 132(1–2). – Р. 2–7.
- Semprimosching C. Enabling self-healing capabilities - a small step to bio-mimetic materials. // European Apace Agency Materials Report Number. – 2006. – 4476.
- S. van der Zwaag. Self-Healing Materials: an Alternative Approach to 20 Centuries of Materials Science. Springer. – 2007. – 387 p.
- Rule, J.D., Sottos, N.R. & White, S.R., Effect of microcapsule size on the performance of self-healing polymers // Polymer. – 2007. – 48(12). – Р. 3520–3529.
- Bergman, S.D. & Wudl, F. Mendable polymers. // Journal of Materials Chemistry. – 2008. – 18(1), Р. 41.
- Syrett, J. a., Becer, C.R. & Haddleton, D.M. Self-healing and self-mendable polymers. – 2010. – Р. 978–987.
- Wool, R.P. Self-healing materials. a review // Soft Matter. – 2008. – Vol. 4(3). – Р. 400.
- Wu, D.Y., Meure, S. & Solomon, D. Self-healing polymeric materials: A review of recent developments. // Progress in Polymer Science. – 2008. – 33(5). – Р. 479–522.
- Yuan, Y.C. et al., Self healing in polymers and polymer composites. Concepts, realization and outlook: A review. Express Polymer Letters. – 2008. – 2(4). – Р. 238–250.
- Youngblood J.P. & Sottos N.R. Bioinspired Materials for Self-Cleaning and Self-Healing // MRS Bulletin. – 2008. – 33(08). – Р.732–741.
- Joseph, C. & Lark, R. Potential application of self-healing materials in the construction industry A report for the Institution of Civil Engineers Tony Jefferson and Diane Gardner. Construction. – 2009. – (June).
- Nelson E. Cement Chemistry and Additives // Schlumberger OilField Review. – 2008. – Р.18–25.
- MurphyE.B. & Wudl F. The world of smart healable materials // Progress in Polymer Science (Oxford). – 2010. – 35(1–2). – Р. 223–251.
- Blaiszik B. & Kramer S. Self-healing polymers and composites: Supplimental // Annual Review of Materials Research. – 2010. – Р. 1–4.
- Szabó, T. et al. Self-healing microcapsules and slow release microspheres in paints // Progress in Organic Coatings. – 2011. – 72(1–2). – Р. 52–57.
- Zhao, Y. et al. Self-healing coatings containing microcapsule // Applied Surface Science. – 2012. – 258(6). – Р. 1915–1918.
- Blaiszik, B.J. et al. Microencapsulation of gallium-indium (Ga-In) liquid metal for self-healing applications. // Journal of microencapsulation. – 2014. – 2048. – Р. 2013–2014.
- Zhao, Y. et al. The self-healing composite anticorrosion coating // Physics Procedia. – 2011. – Vol. 18. – Р. 216–221.
- Montemor, M.F. Functional and smart coatings for corrosion protection: A review of recent advances // Surface and Coatings Technology. – 2014. – 258. – Р. 17–37.
- Jonkers, H., Self-Healing Concrete by Bacterial Mineral Precipitation. 2015.
- Исмагилова Э.Р., Агзамов Ф.А. Разработка добавок в «самозалечивающиеся» цементы для восстановления герметичности цементного кольца нефтяных и газовых скважин // Бурение и Нефть. – 2016. – № 5. – С. 24–29.
- Исмагилова Э.Р., Агзамов Ф.А., Аббас А.Д. Оптимизация дисперсности добавок в самозалечивающихся цементах // Георесурсы. – 2017. – Т. 19, № 2. – С. 129–134.
- Зоткин А.Г. Бетоны с эффективными добавками. – М.: Инфра-Инженерия, 2014. – 160 с.
- Шахмин А.М. Набухающие эластомерные пакеры // Молодая нефть: сб. статей. Всерос. молодежной науч.-техн. конф. нефтегазовой отрасли. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2014.
