что такое микросфера и для чего ее используют
Микростеклосферы
Микростеклосферы – что это такое?
Микростеклосферы, или проще «микросферы» — это полые стеклянные шарики очень маленьких размеров (от 10 до 200 микрометров). Для сравнения – 200 микрометров это одна пятая часть миллиметра.
Существует огромное количество типов микросфер. Есть микросферы полимерные (изготовленные из пластмассы), но такие в наших изделиях не используются. Есть микросферы алюмосиликатные, но и такие микросферы в наших изделиях тоже не используются.
Стеклянные микросферы изготавливаются из природных минералов – полевого шпата и кварца – на специализированных предприятиях. В России таких предприятий всего три. Производство микросфер трудоёмкое и энергоёмкое. Минералы предварительно очищаются от примесей, перерабатываются и при высокой температуре особым образом распыляются, что позволяет получить идеальную сферическую форму микросфер, причем внутри они получаются полые.
Особый вид микросфер – медицинские – также аппретируют. Аппрет – это покрытие, состоящее из кремнийорганического вещества. Такой состав покрытия придаёт микросферам бактерицидные свойства.
Микросферы представляют собой порошок белого цвета, сухой на ощупь (напоминает тальк). В большом объеме этот порошок ведёт себя как жидкость, а в закрытом пространстве (например, в детском медицинском матрасе «Альсария-Бэйби») – на ощупь можно подумать, что там воздух. Но нет, это так ведут себя микросферы.
Микросферы используются в очень многих областях промышленности и нашей обыденной жизни. За счёт свойства сохранения тепла они используются как наполнитель в теплоизоляционных строительных смесях. За счет свойства отражения излучений микросферы используются в составе красок для дорожных знаков и дорожной разметки. Сочетание свойств сохранения тепла и отражения излучений позволяет использовать микросферы в составе космических скафандров.
Уникальная способность микросфер в большой массе создавать условия псевдоневесомости послужила причиной открытия, которое позволило применять микросферы для лечения и реабилитации детей с родовыми травмами и нарушениями работоспособности различных тканей и органов.
Микросферы для макропроцессов
В рамках программы Тюменского международного инновационного форума НЕФТЬГАЗТЭК компания 3М провела конференцию «Технологии строительства и ремонта скважин в сложных геологических условиях». В конференции приняли участие эксперты компании 3М из России, США и Малайзии, представители компаний ОАО «Газпром», ООО «ТюменНИИгипрогаз», ООО «Лукойл-инжиниринг», ООО «КогалымНИПИНефть», отраслевые эксперты. Конференция стала дискуссионной площадкой для обсуждения актуальных вопросов развития нефтегазовой отрасли России. В частности специалисты обсудили вопросы повышения качества цементирования колонн в процессе закачивания скважин, поскольку от выполнения этого этапа напрямую зависит эксплуатационная надежность скважин. О каких технологиях говорили специалисты?
Высокие темпы разработки месторождений как в мире, так и в России, приводят к значительному падению пластовых давлений в продуктивных горизонтах, вследствие чего снижаются дебиты добывающих скважин и повышается обводненность добываемой продукции. Вопросы поддержания добычи на существующем уровне и ее увеличения сегодня актуальны для каждой нефтедобывающей компании. Все большее значение приобретают технологии вскрытия продуктивных горизонтов с минимальными повреждениями фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов. Вопросы минимизации воздействия на продуктивные характеристики важны на всех этапах строительства и эксплуатации скважин, будь то бурение, цементирование, заканчивание или капитальный ремонт.
При бурении скважины первичное вскрытие продуктивного пласта, как правило, производят с репрессией до 30%. Несоответствие градиента пластового давления плотности промывочной жидкости приводит к поглощениям, что оказывает отрицательное воздействие на коллекторские свойства пласта.
Используемые сегодня решения для уравнивания градиентов пластового давления и плотности промывочной жидкости имеют ряд существенных недостатков. Эмульсионные растворы и растворы на нефтяной основе пожароопасны и сложны в обращении в части соблюдения требований экологической безопасности. Пенные системы сжимаемы, требуют сложных гидравлических расчетов, не позволяют использовать телеметрическое сопровождение бурения и делают невозможным использование забойных двигателей, также для использования пенных систем требуется дорогостоящее и сложное в обращении дополнительное наземное оборудование.
Для решения указанных проблем в мире сегодня используется технология получения облегченных буровых растворов при помощи полых стеклянных микросфер. Эта технология лишена недостатков пенных систем и не имеет ограничений в использовании, когда вопросы охраны окружающей среды выходят на первый план. Широкая линейка полых стеклянных микросфер из натрийборосиликатного стекла специально разработана компанией 3М для использования в различных скважинных условиях. В зависимости от давлений на забое, можно использовать марки микросфер, выдерживающих давления от 2000 psi до 18000 psi. В отличие от алюмосиликатных микросфер, микросферы из боросиликатного стекла сохраняют характеристики плотности бурового раствора стабильными вплоть до указанных значений давлений на разрушение для каждой конкретной марки микросфер. Этого удалось достичь путем инженерного подхода при создании каждой конкретной марки полых стеклянных микросфер. Так как алюмосиликатные микросферы являются продуктом-отходом при сжигании угля на ТЭЦ, их прочностные характеристики и гранулометрический состав нестабилен и варьируется в широких пределах, что не позволяет выдерживать стабильные характеристики плотности жидкостей на значительных глубинах, а значит всегда есть довольно большой риск выйти за допустимое окно плотностей в процессе бурения. Это может привести к потерям циркуляции, прихватам, существенному повреждению коллекторских свойств продуктивного интервала и другим осложнениям процесса бурения, решение которых может быть довольно затратным и продолжительным по времени.
Опыт применения технологии получения облегченных буровых растворов при помощи технологии полых стеклянных микросфер показал возможность их использования с различными типами буровых долот, включая PDC. Результаты промышленного применения показали значительное сокращение потерь бурового раствора в зонах катастрофических поглощений, либо полное прекращение поглощений. Наблюдался эффект кольматации стенок скважины, а также снижение крутящего момента. Скважины, пробуренные при выровненных градиентах пластового давления и плотности бурового раствора показали увеличение коэффициента продуктивности до 8 раз, при этом коллектор мощностью 1.5 метра с меньшей проницаемостью работал также как и коллектор мощностью 6 метров с большей проницаемостью. Небольшое удорожание бурового раствора, как следствие использования в нем облегчающих добавок – полых стеклянных микросфер, полностью компенсируется снижением времени на борьбу с поглощениями и авариями при строительстве скважин, а также за счет бОльших дебитов в процессе добычи. По некоторым данным, экономия только за счет устранения осложнений в процессе бурения достигает 1,3 млн. долларов.Цементирование скважины является довольно сложной технологической операцией, имеющей огромное влияние на ее дальнейшую эксплуатацию.
При использовании двухстадийного процесса цементирования не обеспечивается необходимое качество разобщения проницаемых пластов, имеет место недоподъем тампонажного раствора, часто отсутствует цементный камень в области схождения первой и второй ступеней, присутствуют значительные области плохого сцепления цементного камня с колонной и породой, отмечаются заколонные проявления пластовых флюидов. Одностадийное или прямое цементирование с подъемом тампонажных растворов стандартной плотности в интервалах коллекторов в комбинации с облеченными тампонажными растворами в один этап гораздо более эффективно. Полые стеклянные микросферы в составе облегченной тампонажной смеси позволяют создавать несжимаемый цементный раствор, проводить операцию цементирования в одну стадию, улучшать теплоизоляционные свойства цементного камня. Цементный камень, облегченный при помощи полых стеклянных микросфер имеет следующие параметры: В/Ц 0.6; плотность 1.38 г/см 3 ; прочность на изгиб 1,4 МПа (через 48 часов); прочность на сжатие 3.6 МПа (через 48 часов). В результате применения операции одностадийного цементирования вместо двухстадийного экономия времени выполнения цементирования составила 48 часов, а впоследствии скважины с одностадийным цементированием показали до 30% бОльшие дебиты по сравнению со скважинами зацементированными в две ступени. Это связано с меньшим воздействием на пласт-коллектор во время цементирования.
Выравнивание градиента пластового давления и плотности жидкости глушения во время проведения капитального ремонта скважин дает те же преимущества, что и бурение на сбалансированном давлении: устранение потерь жидкости глушения, меньшее воздействие на коллектор, бОльшие дебиты по окончанию ремонта.
Наиболее частые вопросы
Что находится внутри изделий Альсария?
Наполнителем изделий Альсария является смесь из трёх видов микросфер: натриевоборосиликатных микросфер, кальцийнатриевоборосиликатных микросферы и калийнатриевых микрошариков с кремнийорганическим покрытием. Эти микросферы смешаны в определённых запатентованных пропорциях.
Что такое микросферы?
Микросферы – это полые шарики идеальной сферической формы из различных видов специального стекла, покрытых тонким слоем уникального состава. Размеры микросфер от 15 до 300 мкм. Прочность их такова, что для разрушения микросфер, находящихся, например, в стельке, давление на неё должно составить 22 тонны. Поэтому гарантия на наполнитель изделий составляет не менее 30 лет.
Из чего производятся микросферы?
Производятся микросферы из природных минералов (кварц, полевой шпат), на медицинские микрошарики нанесено кремниевое покрытие. Одни из этих микросфер использовались в оборонной и космической промышленности, другие в специальных медицинских противоожоговых кроватях, третьи разрабатываются в НИИ специально для Альсарии.
Чем отличаются различные виды микросфер?
Существуют различные виды микросфер: стеклянные (натриевоборосиликатные, кальцийнатриевоборосиликатные, калийнатриевые) – это наиболее сложные, трудоёмкие, наукоёмкие и дорогие в производстве микросферы, которые производятся из экологически чистого сырья. Производят в нашей стране стеклянные микросферы только два крупных производителя: Новгородский завод стекловолокна и НПК «Терм».
Алюмосиликатные (кремниевые) микросферы наиболее дешёвый вид микросфер, получаемые на ТЭЦ в результате сгорания бурого угля (являются отходом производства). Применяются в строительстве. Имеют большое количество примесей солей тяжёлых металлов.
Полимерные микросферы – производятся различными производителями пластмасс. Обладают низкой прочностью, быстрым разрушением формы.
В изделиях Альсария используются только стеклянные микросферы.
Что такое микрошарики, чем они отличаются от микросфер?
Микрошарик отличается от микросферы тем, что он полнотелый. В результате меняются его отражающие свойства, в том числе теплопроводность, повышается плотность и, соответственно, вес. В изделиях Альсария используются медицинские микрошарики с кремнийорганическим покрытием, производимые ООО «Ритм». Это один из известных производителей российских противоожоговых кроватей и кроватей для реабилитации новорожденных, на основе которых созданы детские матрасы «Альсария-бэйби».
Что даёт кремнийорганическое покрытие микрошариков?
Микрошарики изготовляются из калий-натриевого стекла. На поверхность микрошариков наносится кремнийорганическое покрытие. Повышенное содержание щелочных компонент в составе стекла обеспечивает стерильность воздуха, проходящего через стекломикрошарики. Это достигается образованием щелочной среды при попадании выделений больного в кровать через фильтрующую простыню. Щелочная среда является губительной для микроорганизмов. При отсутствии выделений микроорганизмы погибают в среде стекломикрошариков за счёт повышенной сухости. Размеры стекломикрошариков находятся в пределах 50-160 мкм. Таким образом, кремнийорганическое покрытие микрошариков создаёт выраженный бактерицидный эффект.
Какими свойствами обладает наполнитель Альсария?
Свойство псевдожидкости, создающее состояние псевдоневесомости.
Уникальные свойства отражения излучений, в том числе отражения инфракрасного тепла человеческого тела, импульсов головного мозга и клеток тела человека с возникновением эффекта резонанса.
Антиаллергенные свойства
Бактерицидные свойства
Анатомические свойства
Есть целый ряд эффектов, не признаваемых официальной наукой, но, тем не менее, упоминаемых рядом учёных и находящихся в процессе изучения находятся такие физические пространственные эффекты, как:
эффект полостных структур;
эффект формы;
фрактальный эффект.
способность к нормализации биополя.
Что такое свойство псевдожидкости и эффект псевдоневесомости?
Особенностью данного изобретения является то, что при расположении на данном изделии какой-либо части тела и изменении её положения, происходит движение не между телом и изделием, а между слоями наполнителя, так как внутреннее трение наполнителя гораздо меньше трения скольжения между частью тела и изделием. Сила нормального давления Р1 равна:
В Павлодарской области добычу микросферы возьмут под контроль
Сегодня на объединенном золоотвале Экибастузских ГРЭС-1 и ГРЭС-2 официально работает четыре компании, которые имеют договора со станциями на сбор микросферы. В год здесь добывается порядка 5 тыс. тонн. Как отметил аким области Булат Бакауов во время встречи с НПО, где обсуждался вопрос экологии, на днях он вместе с представителями правоохранительных органов сделал облет на вертолете этой части региона.
«Там работает порядка 600 человек. Это полный беспредел. Там три близлежащих округа занимаются промыслом, скорее, незаконным. Возникают вопросы: где они трудоустроены, какие налоговые отчисления делаются, сколько там микросферы добывается? Неизвестно. К тому же мы не знаем, химический состав этой микросферы и какой вред она может нанести здоровью этим людям», – сказал глава региона.
При этом он отметил, что будет данный вопрос обсуждать с собственниками станций – АО «Самрук-Энерго».
По словам акима области, на Аксуской станции, которая тоже реализует в год до 5 тыс. тонн микросферы, такой же объем официально продают две Экибастузские станции, эти вопросы отрегулированы.
Как сообщил «Курсиву» генеральный директор ТОО «Экибастузская ГРЭС-1 имени Булата Нуржанова» Мади Абишев, официальная реализация микросферы проводится с 2016 года:
«Сейчас мы пересмотрели условия реализации, подняв стоимость микросферы до 50 тыс. тенге за тонну. Поставили условие о предоплате. Служба безопасности работает. Компании по сбору привлекают для работы местных жителей, на каких условиях они это делают, не знаю. Но порядок наведем».
На СЭЗ «Павлодар» работает ТОО «Metallogamma», один из четырех официальных компаний, заключившая договор с Экибастузской ГРЭС-1 на добычу. Основной рынок сбыта – до 90%, Российская Федерация, оставшиеся – Польша, Германия, Испания. Проектная мощность предприятия 4 тыс. тонн алюмосиликатной полой микросферы.
Справка:
Микросферы – это полые твердые частицы малого размера, которые образуются в составе золы шлака при сжигании углей на электростанциях. После сжигания углей шлак откачивается по трубопроводам в специально отведенные котлованы, заполненные водой. Здесь и происходит разделение легких и тяжелых фракций. Легкие частицы, плотностью всплывают на поверхности озера. Это и есть микросферы – уникальный материал, который вот уже используется в самых разных отраслях промышленности. Микросферы являются превосходным наполнителем при производстве изделий из пластмасс, гипса, керамики, облегченных цементов и прочих строительных материалов. Изделия с добавлением микросферы обладают повышенной износостойкостью, легкостью и высокими изоляционными свойствами. Кроме всего, использование микросферы в качестве наполнителей, значительно снижает себестоимость продукции.
Читайте «Курсив» там, где вам удобно. Самые актуальные новости из делового мира в Facebook и Telegram
Что такое микросфера и для чего ее используют
Документация ЗШМ
Советы технолога
Информация для технологов
Партнеры
Алюмосиликатные микросферы
Алюмосиликатные полые микросферы(ценосферы) образуются в составе золы уноса при сжигании углей в топке котла на ГРЭС. По своим свойствам микросферы из энергетических зол близки к полым микросферам, которые получают из расплавов промышленными методами. Существенно, что стоимость полых микросфер из золы в несколько раз ниже, чем получаемых промышленными методами.
Микросферы имеют форму, близкую к сферической, и гладкую внешнюю поверхность. Диаметр варьируется от 5 до 500 мкм. Газовая фаза, законсервированная внутри микросфер состоит в основном из азота, кислорода и оксида углерода.
За счет сферической формы микросферы требуется меньше смол, крепителя, воды и т.д., чем для любого другого формового наполнителя. Это приводит к снижению расхода смол или крепителя, что в свою очередь дает возможность использовать смеси с высоким содержанием твердой составляющей, а также снизить усадочную деформацию и часто сократить затраты.
Сферические наполнители характеризуются высокой растекаемостью, так что их легко разбрызгивать, нагнетать насосом, наносить шпателем и т.д., снижают усадочную деформацию не только потому, что позволяют использовать более низкое содержание крепителя, но и непосредственно благодаря своей форме. При высокой концентрации сферы уплотнены, но дальнейшего уплотнения не происходит, как это может случиться с наполнителями неправильной формы в процессе усадки крепителя, а также испарения растворителя или воды. Таким образом, использование сфер способствует сохранению объема исходной продукции и, следовательно, они являются отличными наполнителями для мастик для герметизации трещин и швов, герметиков и т.д.
Свободная растекаемость – качество микросферы, означающее, что ее легко использовать в заводских условиях. Ее легко подавать самотеком, не опасаясь закупорки, а в сухом виде ее можно подавать насосом или пневмотранспортом.
Преимущества низкой плотности очевидны: при 0,7 г/см3 плотность микросферы составляет примерно 25 % плотности других минеральных наполнителей, однако сохраняют достаточную прочность, чтобы выдержать необходимые процессы смешивания, присадки и обработки.
Строительная промышленность во всем мире активно переходит на легкие материалы. Низкая плотность обеспечивает удобство использования, большую легкость смешивания, снижение транспортных затрат, низкую просадку и перекос, легкость пескоструйной обработки, обработки резанием, сверления.
Алюмосиликатные микросферы обладают очень низкой реакционной способностью. Их химический состав обеспечивает высокую устойчивость к кислотам и щелочам. Они pH-нейтральны и не влияют на химический состав или реакции материалов или изделий, в которых они используются.
Микросферы имеет низкую теплопроводность порядка 0,1 Вт/м-1К.-1. В связи с этим, она широко используется в качестве изоляционного материала для огнеупорной керамики, нефтепроводов, геотермических цементов, отделочного и штукатурного гипса для изоляции внешних стен зданий и во многих других случаях, когда требуется хорошая термоизоляция.
Микросфера имеет высокую температуру плавления порядка 1200-1600 C, что значительно выше, чем температура плавления микросфер из синтетического стекла. Поэтому она широко используется для производства высокотемпературной изолирующей огнеупорной керамики, а также огнеупорных покрытий.
Твердая поверхность микросфер обеспечивает их высокую устойчивость к эрозии. Стекловидная оболочка микросферы полностью непроницаема для жидкостей и газов.
Микросфера используется для создания теплоизоляционной радиопрозрачной керамики. Такая керамика обладает повышенной прочностью, малой объемной массой, низким коэффициентом теплопроводности и высокой радиопрозрачностью (на 20-30% выше, чем для керамики на основе плавленого кварца).
Области применения
Нефтяная промышленность: тампонажные материалы для нефтяных скважин, буровые растворы, дробильные материалы, взрывчатые вещества
Строительство: сверхлегкие бетоны, известковые растворы, жидкие растворы, цементы, штукатурка, покрытия, кровельные и звукозащитные материалы,
Керамика: огнеупорные материалы, огнеупорные кирпичи, покрытия, изоляционные материалы
Пластиды: нейлоновые, полиэтиленовые, полипропиленовые и др. материалы различных плотностей
Автомобилестроение: композиты, шины, комплектующие, звукозащитные материалы, грунтовка
Добавка для получения облегченных тампонажных цементов
Преимущества использования облегченных тампонажных растворов с микросферами:
Низкая плотность, возможность снизить удельный вес цементного раствора до 1,25-1,3 г/см3 (для традиционного облегченного гельцементного раствора 1,52-1,54 г/см3), и как следствие: снижение репрессии на продуктивный пласт, снижение проникновения фильтрата в продуктивную зону пласта, обеспечение заданной высоты подъема цемента.
Малая усадка раствора, соответственно, улучшение связи пласта с обсадными трубами скважины.
Легкое смешивание. Облегченный тампонаж можно готовить непосредственно на буровой, замешивая микросферы с цементом в сухом виде. Для этого может использоваться любой стандартный смеситель.
Экономичность. Снижение затрат за счет отказа от технологии двухступенчатого цементирования и уменьшения времени обустройства скважины.
Технология использования микросфер для получения облегченных тампонажных материалов уже давно известна в мире, однако до последнего времени ее широкое использование ограничивалось высокой ценой на искусственные микросферы, предлагаемые западными производителями.
Предлагаемые алюмосиликатные микросферы являются побочным продуктом, образующимся при сжигания угля, и их цена на порядок ниже предлагаемых аналогов.