3.4 Краски и лаки

Краски состоят обычно из пигментных суспензий в водных растворах или из органического растворителя, который содержит вяжущее вещество. Подробное описание технологии красок и лаков находится у Фрайтага и Стойе [245], а также у Пауля [246].

Вяжущие вещества необходимы для того, чтобы обеспечить удержание пигментов на подслое и для того, чтобы образовать из краски плёнку, которая склеит частички пигмента при помощи когезии и адгезии таким образом, что получится гомогенный внешний вид краски. Вяжущие вещества имеют либо органическую, либо неорганическую природу и развивают свои связывающиеся свойства при высыхании краски.

Важное свойство вяжущих веществ заключается также в том, чтобы сгущать краску и воспрепятствовать седиментации пигментов. Для достижения этих свойств и хорошей обрабатываемости (например, отсутствие капель, хорошее распределение и т.д.) реология целенаправленно регулируется путём использования очень требовательных, специально подготовленных загустителей. Простые эфиры целлюлозы (например, этиловая целлюлоза, этил-гидроксиэтил-целлюлоза) представляют собой важную группу добавок, которые используются для этого.

Примером неорганического вяжущего вещества является щелочной силикат. Обычно используются калиевые силикаты на основании их малой токсичности. Во время высыхания краски эти силикаты образуют конденсаты, которые формируют полисиликатный слой, который в свою очередь связан с подслоем при помощи ионов кальция. В результате этого получается износостойкий кальциево-полисиликатный слой.

Самые распространённые органические вяжущие вещества базируются на латексных дисперсиях, которые содержат в основном стирол-бутил-акрилат и этилен-винил-ацетат. Во время высыхания капельки эмульсии объединяются в дисперсию и образуют равномерную плёнку (см. рисунок 3.11). Используются также и основывающиеся на биополимерах вяжущие вещества, однако, очень ограниченно. Они содержат казеин, простой эфир целлюлозы и альгинаты.

Рисунок 3.11 - Коалесценция дисперсионных частиц в равномерную плёнку краски

Краски, базирующиеся на растворителях, содержат в основном в качестве органического вяжущего вещества льняное масло. Покрытия (например, металлические покрытия или покрытия полов в промышленном производстве) базируются большей частью на реактивных смолах, таких например, как полиуретаны или эпоксидные смолы.

3.5 Цементирование глубинных скважин

Цементирование глубинных скважин для добычи углеводородов из подземных залежей является в техническом плане довольно сложной задачей. Температуры до 250⁰ С, давление в несколько сотен атмосфер и углубление буровых скважин от 10 000 м и более требуют высокоразвитых систем цементирования и технического оснащения для закачивания цементных шламов. На основании этих высоких требований цементирование глубинных скважин снова и снова создавало принципиально новые технологии, которые в обычной области строительства нашли применение намного позже. Примерами являются применение простых эфиров целлюлозы в качестве средства для задержки воды (в 1958 году впервые была использована гидроксиэтиловая целлюлоза) и использование НСФК-смол в качестве дисперсионного средства (с 1959 года стандартная добавка). Только в 2001 году во всём мире было зацементировано 88 000 глубинных скважин с общим зацементированным штреком 120 000 км.

Строительство скважины содержит следующие этапы: (1) Бетонирование платформы для закрепления бурильной установки: (2) создание скважины с вращающимся буровым долотом и удаления буровой мелочи из скважины с помощью циркулирующего обмыва бура; (3) облицовка буровой скважины цементом для изоляции соседних зон горных пород; рисунок 3.12 показывает схему цементирования глубинных скважин. Обширный обзор технологии и методики для нефтедобывающей техники даёт “Economides et al” [247].

Рисунок 3.12 - Схема цементирования глубинных скважин

В каждой скважине для подачи нефти или газа устанавливаются и цементируются обсадные трубы (так называемые casing). Это служит для изолирования зон, т.е. прилегающие слои горных пород с различным давлением, которые в необлицованной буровой скважине будут находиться в соединении друг над другом, разделяются друг от друга цементным слоем и обсадными трубами, не пропуская газ и жидкость.

Буровая скважина цементируется с интервалами, т.е. вначале пробуривают до определённой глубины (например, 1000 м) и затем выполняют облицовку цементом и обсадными трубами. Такие особенности месторождения как давление в порах, состав горных пород и т.д. определяют метод при цементировании буровой скважины. Рисунок 3.13 показывает схему обсадных труб буровой скважины для добычи нефти. Подробное описание технологии цементирования глубинных скважин, оснащения, методов и продуктов даётся Нельсоном [248] и Смитом [249]. Хорошее обобщение практического опыта дано Смитом [250].

Рисунок 3.13 - Схема обсадных труб для цементирования буровых скважин при бурении нефтяной скважины

Как и промывочная жидкость, тампонажный раствор с помощью избыточного давления прокачивается в скважину пористых горных пород. Поэтому контроль расхода воды в глубинном цементировании точно также важен, как и в штукатурных работах и плиточной облицовке. Единственное различие заключается в том, что в цементных шламах при глубинном бурении потери воды должны контролироваться также и при повышенных температурах и в присутствии солей. Часто используемыми средствами для задержки воды являются гидрокси-этил-целлюлоза, карбоксиметил-целлюлоза, полиэтилен-имины, а также синтетические сополимеры на базе AMPS^®/N,N-диметил-акриламида. Более дорогие синтетические полимеры используются большей частью в высокотемпературном диапазоне >150 ⁰С.