кажущаяся плотность кварцевого песка

Когда слышишь про кажущуюся плотность кварцевого песка, первое, что приходит в голову — это сухие цифры из ГОСТов. Но на практике всё иначе: я не раз видел, как технологи путают насыпную и кажущуюся плотность, а потом удивляются, почему смесь для ГРП ведёт себя непредсказуемо. Вот, например, в 2018 году на одном из месторождений в Западной Сибири мы столкнулись с тем, что песок из новой партии давал просадку в пропантовом слое. Оказалось, поставщик изменил фракционный состав, но в документах кажущаяся плотность осталась прежней — 1,65 г/см3. Пришлось в срочном порядке пересчитывать рецептуры, и это стоило нам двух дней простоя.

Что скрывается за термином 'кажущаяся плотность'

Если говорить упрощённо, кажущаяся плотность кварцевого песка — это не просто отношение массы к объёму. Здесь учитываются и поры, и межзерновые пустоты. Я всегда обращаю внимание коллег на то, что при расчётах нельзя игнорировать влажность. Помню, как на заводе в Татарстане мы месяц не могли понять, почему плотность партии колеблется от 1,62 до 1,68 г/см3. Оказалось, песок хранился под навесом, но с торцов склада его подмачивало дождём. После установки дополнительных ветрозащитных экранов вариабельность снизилась до 0,02 г/см3.

Лабораторные замеры — это одно, а производственные условия — совсем другое. Например, при использовании вибросит кажущаяся плотность может 'прыгать' из-за сегрегации фракций. Мы в ООО 'Цинтунсяский завод пропантов Жуйтун' специально разработали методику контроля на каждом этапе — от приёмки сырья до отгрузки готовой продукции. Кстати, наш сайт https://www.rtzcj.ru содержит технические спецификации, где эти нюансы подробно расписаны для клиентов.

Особенно критично это стало после того, как мы начали поставлять пропанты для сложных скважин в Арктическом регионе. Там даже отклонение в 0,01 г/см3 может привести к изменению гидравлического сопротивления. Пришлось даже модернизировать лабораторное оборудование — установили газовые пикнометры вместо жидкостных, чтобы исключить влияние сорбированной влаги.

Ошибки при определении кажущейся плотности

Самая распространённая ошибка — использовать усреднённые значения. Как-то раз мы взяли партию песка с заявленной кажущейся плотностью 1,70 г/см3, а при детальном анализе выяснилось, что в ней есть примесь глинистых частиц. Они-то и давали завышенные показатели. После промывки плотность упала до 1,58 г/см3. С тех пор мы всегда делаем пробы не только из верхнего слоя мешка, но и из глубины.

Ещё один момент — температура. Не все учитывают, что при летней жаре в 35°C и зимних -20°C показатели могут отличаться на 3-5%. Мы как-то проводили эксперимент: одну и ту же партию песка тестировали в цеху (+18°C) и на улице (-15°C). Разница в кажущейся плотности составила 0,04 г/см3. Теперь все критичные партии тестируем при стабильной температуре 20±2°C.

Особенно сложно было с песком для пропантов марки KPS-40 — там требования к плотности жёсткие, до сотых долей. Как-то пришлось забраковать целую фуру, потому что поставщик неправильно указал кажущуюся плотность в сертификате. Хорошо, что у нас в ООО 'Цинтунся Жуйтун Пропант' есть своя аккредитованная лаборатория — с 2011 года мы накопили достаточно опыта, чтобы отлавливать такие несоответствия.

Практические кейсы из опыта завода

В 2019 году мы столкнулись с интересным случаем на месторождении в ХМАО. Заказчик жаловался на быстрое разрушение пропантовой подушки. Когда разобрались, оказалось, что проблема не в прочности зерён, а в том, что кажущаяся плотность кварцевого песка была неоднородной по партии. Верхние мешки имели плотность 1,72 г/см3, а нижние — 1,81 г/см3. Из-за этого происходила сегрегация уже в скважине.

После этого случая мы внедрили систему послойного отбора проб. Сейчас каждый замес проверяем в трёх точках — это добавляет работы, но зато страхует от таких сюрпризов. Кстати, на нашем производстве используется песок преимущественно с месторождений Урала — у него стабильные характеристики по кажущейся плотности, в диапазоне 1,65-1,75 г/см3.

Ещё один показательный момент — когда мы начинали производство пропантов с покрытием, то не учли, что полимерное покрытие меняет кажущуюся плотность. Первые опытные партии дали отклонение почти на 8% от расчётных значений. Пришлось совместно с технологами разрабатывать корректирующие коэффициенты. Сейчас это учтено в наших ТУ — кстати, полные технические условия можно найти на https://www.rtzcj.ru в разделе документации.

Взаимосвязь с другими параметрами

Многие недооценивают, как кажущаяся плотность влияет на текучесть песчано-пропантовых смесей. Мы как-то проводили испытания с добавками барита — при плотности песка выше 1,75 г/см3 смесь становилась слишком вязкой, насосы не справлялись. Пришлось подбирать компромиссный вариант — использовать песок с кажущейся плотностью 1,68-1,72 г/см3 и уменьшать долю барита.

Интересно также взаимодействие с известняковой мукой. Когда мы впервые попробовали сделать комбинированную смесь, то не учли, что мука заполняет межзерновые пустоты. В результате кажущаяся плотность готовой композиции оказалась на 12% выше расчётной. Теперь при разработке рецептур мы обязательно делаем пробные замесы с полным физико-химическим анализом.

Особенно тщательно приходится работать при подготовке пропантов для низкопроницаемых коллекторов. Там важна не только абсолютная величина кажущейся плотности, но и её стабильность по всему объёму закачки. Мы даже разработали специальную методику калибровки дозаторов с учётом этого параметра.

Перспективы и новые вызовы

Сейчас всё чаще стали запрашивать песок с точно заданными значениями кажущейся плотности — не диапазон, а конкретная цифра, например, 1,69 г/см3. Это связано с автоматизацией процессов приготовления растворов ГРП. Мы в ООО 'Цинтунсяский завод пропантов Жуйтун' уже перешли на систему прецизионной сортировки, которая позволяет выдерживать такие жёсткие допуски.

Ещё одна тенденция — запросы на песок с пониженной кажущейся плотностью для горизонтальных скважин большой протяжённости. Там каждый лишний грамм на кубический сантиметр — это дополнительные затраты на транспортировку. Мы экспериментируем с различными модификаторами, но пока стабильные результаты получаются только в узком диапазоне 1,55-1,60 г/см3.

Думаю, в ближайшие годы значение контроля кажущейся плотности кварцевого песка будет только расти. Уже сейчас мы видим, как заказчики начинают требовать не просто сертификаты, а полные протоколы испытаний с графиками и статисткой. И это правильно — в нашей работе мелочей не бывает.