СОБЫТИЯ

Журнал «Нефть и Газ Сибири» стал участником выставки в Казани

6-8 сентября в столице Татарстана прошла 24-я международная специализированная выставка «Нефть, газ. Нефтехимия» в рамках Татарстанского нефтегазохимического форума. «Нефть, газ. Нефтехимия» — ведущая отраслевая ...

В отеле InterContinental представляетсяаналитика по модернизации нефтегазоперерабатывающих производств до 2020 года

12 сентября в отеле InterContinental (Москва, Тверская, 22) состоится седьмая ежегодная конференция «Модернизация производств для переработки нефти и газа»(Нефтегазопереработка-2017). Участникам будут представлены аналитические ...

ЛУКОЙЛ, РуссНефть, Зарубежнефть встретятся с участниками нефтесервисного рынка

17 октября в отеле InterContinental (Москва, улица Тверская, 22) состоится двенадцатая ежегодная конференция «Нефтегазовый сервис в России» (Нефтегазсервис-2017). На конференции выступают кураторы нефтесервисного блока ВИНК и ...

Роснефть стала лидером среди крупнейших налогоплательщиков России

По итогам 2016 года ПАО «НК «Роснефть» признана крупнейшим налогоплательщиком в РФ. Лидирующую позицию нефтяная компания занимает уже четвертый год подряд. Об этом свидетельствуют данные рейтинга, составленного РБК. Согласно ...

17 октября в отеле InterContinental АО «Зарубежнефть» собирает поставщиков оборудования

17 октября в отеле InterContinental (Москва, Тверская, 22) состоится двенадцатая ежегодная конференция «Нефтегазовый сервис в России» (Нефтегазсервис-2017). На конференции выступают кураторы нефтесервисного блока ВИНК и руководители ...

Статья: "Применение интерполимерного комплексообразования для создания солестойких бентопорошков, применяемых в качестве структурообразователей в минерализованных буровых растворах"


В настоящее время в связи с активным вовлечением в разработку месторождений Восточной Сибири, геологический разрез которых представлен чередующимися карбонатно-хемогенными породами и осложнён протяжёнными отложениями каменной соли, весьма актуальна проблема разработки и внедрения качественно новых структурообразователей промывочных жидкостей, водная фаза которых насыщена солями натрия или кальция. При этом структурообразующие агенты должны быть устойчивы не только к введению неорганических солей после предварительного диспергирования в пресной воде, но и обладать способностью к гидратации и образованию пространственной сетки дисперсных частиц или макромолекул в высокоминерализованной дисперсионной среде. Важными факторами являются также небольшой удельный расход структурообразователя, его стоимость и способность контролировать фильтрационные свойства бурового раствора.

 

Существует большое количество исследований, свидетельствующих об эффективности оксиэтилированных полимеров при стабилизации заряжённых гидрозолей в условиях повышенной ионной силы водной фазы в присутствии фона индифферентных катионов щелочных и щёлочноземельных металлов. Эффективность таких полимеров с точки зрения обеспечения коагуляционной устойчивости гидрозолей пропорциональна степени разветвления макромолекул, длине полиоксиэтиленовых цепочек, количеству кратных связей в углеводородных радикалах. В работах [1 – 3] предложен следующий механизм антикоагуляционного действия полиэфиров: наличие у эфирных атомов кислорода неподелённых электронных пар приводит к образованию водородных связей молекул простых полиэфиров с поверхностными силанольными группами глинистых минералов, что и обеспечивает хемосорбцию молекул полиэфиров на поверхности глинистых минералов. Реализация сорбционного фактора устойчивости возможна также в результате осмотического удаления воды с поверхности глинистого сланца [4, 5]. Например, в работе [6] показано, что молекулы некоторых полиэфиров изоморфны по отношению к поверхности монтмориллонита и обладают большей адсорбционной активностью по сравнению с молекулами воды. Введение простых полиэфиров и их производных в бентонитовую суспензию способно изменить характер её реологического поведения. Например, при введении в суспензию бентонита поли-этиленгликоля (ПЭГ) в комбинации с высшими жирными кислотами (С14 – С18) система приобретает ярко выраженные псевдопластические свойства, что обусловлено изменением структуры воды макромолекулами ПЭГ [7].

Суспензии бентонита, стабилизированные смесями простых полиэфиров и анионных производных полисахаридов [8,9], обладают повышенной седиментационной устойчивостью в присутствии солей щелочных, щёлочноземельных и поливалентных металлов в результате специфических взаимодействий между гибкими полиэфирными цепочками и макромолекулами полиэлектролита (ПЭ). Суть механизма ассоциации заключается в том, что полиэфирные цепочки являются аналогами краун-эфиров [10], но в отличие от них имеют незамкнутую линейную структуру; тем не менее, обладая большой гибкостью, они способны связывать в растворах различные катионы. Обёртывая ион металла, полиоксиэтиленовая цепочка превращается в ассоциированное катионное ПАВ, способное к электростатическому взаимодействию с анионным ПЭ-донором катионов. Таким образом, за счёт образования водородных, ион-дипольных межмолекулярных связей полиэфиры модернизируют полимерные загустители, значительно улучшая показатели промывочных жидкостей. Состояние полиоксиэтиленовой цепочки в водных растворах обуславливается числом мономерных звеньев (n). Так, полиэфиры с n<9 имеют зигзагообразную конформацию, а при n>9 – извилистую (меандровую); при этом в извилистой конформации полиоксиэтиленовые цепочки образуют спираль, в которой за счёт уменьшения расстояния между атомами углерода и кислорода происходит образование новых внутримолекулярных связей [11, 12].

Таким образом, можно представить механизм устойчивости бентонитовых суспензий, модифицированных анионными полиэлектролитами (натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы (NaКМЦ)), к концентрационной коагуляции. Так, в работе [13] показано, что в образующихся интерполимерных комплексах полиоксиэтиленовые фрагменты полиэфирных макромолекул посредством ион-дипольных взаимодействий с ионами Na+ электростатически координируются вокруг карбоксилатных групп NaКМЦ, образуя гидрофобные участки. Оставшиеся свободными цепочки из оксиалкиленовых (оксиэтиленовых и оксипропиленовых) структурных звеньев обеспечивают гидрофильность интерполимерного комплекса. Показано также, что в присутствии полиэфиров при введении в бентонитовую суспензию, стабилизированную NaКМЦ, до 8% мас. хлорида кальция ингибируются процессы коагуляции и показатель фильтрации практически не увеличивается.

При изучении процесса диспергирования бентопорошка в минерализованной водной фазе, содержащей индифферентный электролит, определяющее значение играет диссоциация силанольных групп (Si-OH), за счёт которой бентонитовая поверхность приобретает отрицательный заряд и частицы становятся способны к гидратации и пептизации с образованием гидрозоля. Так как силанольные группы проявляют слабокислотные свойства, то степень диссоциации повышается с увеличением уровня рН водной фазы. В щелочной области рН дисперсные частицы бентонита можно приближённо рассматривать в качестве полианиона, способного к интерполимерному взаимодействию с катионными ПАВ. В присутствии гибкоцепного полиэфира, характеризующегося высокой скоростью растворения, происходит ассоциация противоионов в подандный (краунподобный) поликатион, образующий на поверхности частиц бентонита, за счёт электростатических сил, защитные адсорбционные слои, обеспечивающие гидратацию дисперсных частиц и препятствующие концентрационной коагуляции:

 

 

Дисперсные частицы бентонита в присутствии оксиэтилированных полимеров при повышенной ионной силе водной фазы в значительной степени сохраняют электрокинетический потенциал, достаточный для обеспечения существования гидрозоля. По-видимому, это происходит в результате низкой диффузионной и электрофоретической подвижности ассоциированных поликатионов, формирующих диффузную часть двойного электрического слоя, толщина которой и, соответственно, положение плоскости скольжения слабо зависят от концентрации коагулирующего электролита.

На рис. 2 – 4 показана зависимость эффективной вязкости (ƞ), динамического напряжения сдвига (τ) и показателя фильтрации (φ) бентонитовых суспензий, полученных при диспергировании стандартного бентопорошка ПБМА и бентопорошка модифицированного оксиэтилированной полимерной присадкой ПБМА-Э в водной фазе, содержащей различные концентрации хлорида натрия.

 

 

 

 

Оксиэтилированный бентопорошок ПБМА-Э при затворении в водной фазе с различной степенью минерализации диспергирует с образованием устойчивого гидрозоля с низким показателем фильтрации и удовлетворительными реологическими
характеристиками. Следует также отметить, что суспензии на основе оксиэтилированных бентопорошков характеризуются высокими псевдопластическими характеристиками, которые сохраняются как в условиях минерализации водной фазы, так и при существенном разбавлении бурового раствора. Ниже представлены уравнения течения суспензий бентонита ПБМА-Э, полученных в различных условиях:

– 6%-ная суспензия ПБМА-Э в пресной воде: τ = 350 + 20,5∙ν0,12;

– 3%-ная суспензия ПБМА-Э в пресной воде: τ = 69 + 1,4∙ν0,32;

– 6%-ная суспензия ПБМА-Э в минерализованной воде (300 г/л NaCl): τ = 59 + 1,4∙ν0,63.

В результате реализации псевдопластической модели течения буровые растворы на основе ПБМА-Э обладают оптимальной транспортирующей и выносящей способностями и обеспечивают качественную очистку ствола скважины от выбуренной породы.

Таким образом, оксиэтилированный бентопорошок ПБМА-Э образует седиментационно устойчивые гидрозоли в минерализованных и соленасыщенных средах и поэтому может эффективно использоваться для бурения скважин в карбонатных и хемогенных отложениях, а также при наличии в разрезе протяжённых интервалов каменной соли. При этом нет необходимости использовать палыгорскиты и прочие алюмосиликатные структурообразователи.

ПБМА-Э может использоваться для получения малоглинистых систем буровых растворов, обладающих ярко выраженными псевдопластическими характеристиками. Такие растворы являются эффективной альтернативой биополимерным системам при бурении пологих и горизонтальных скважин, а также стволов малого диаметра.

ПБМА-Э представляет также интерес для горизонтального бурения при строительстве подземных (подводных) переходов, так как обладает высокой скоростью затворения в холодной воде с переменной концентрацией минеральных солей, образует высоковязкие устойчивые суспензии с пониженной концентрацией твёрдой фазы и обеспечивает устойчивость стенок горизонтального ствола, «армируя» его прочной и эластичной фильтрационной коркой.

ПБМА-Э полностью экологически безопасен и производится на основе природного сырья, без использования синтетических полимеров и солей тяжёлых многозарядных катионов. Поэтому данный продукт оптимален при бурении скважин в природоохранных зонах, в условиях безамбарного бурения, а также на морских буровых платформах, когда затворение промывочной жидкости производится непосредственно на морской воде.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Косяк А. В. Разработка минерализованных и ингибированных буровых растворов с применением гетероциклических спиртов для бурения скважин в сложных горно-геологических условиях. – Дисс. канд. техн. наук. – Волгоград, 1990. 150 с.

2. Комяков Ю. А. Высокоингибированные растворы на вод-ной основе с реагентом Т-66//Технология бурения и испытания скважин в условиях подсолевых и рифогенных отложений: Сб. научн. трудов./ Ю. А. Комяков, А. В. Косяк, И. С. Нестеренко – М., 1982. С. 3-6.

3. Косяк А. В., Ананьев А. Н., Комяков Ю. А. Исследование механизма регулирования свойств буровых растворов реагентом Т-66// Нефтяное хозяйство. – 1984. № 11. С.14-17.

4. Патент США, МПК6 С 09 К 7/02. Drilling Mud lubr/ Gilbert N., Otto A. – № 5686395; заявл. 20.06.1996. Опубл. 29.09.1997.

5. Патент РФ, МПК6 C09 K7/02. Буровой раствор для бурения в обваливающихся породах / Андресон Б. А., Бочкарёв Г. П., Мударисов М. И., Фатхутдинов И. Х., Огар-кова Э. И. – № 97108495/03; заявл. 22.05.1997. Опубл. 10.05.1999.

6. Теория и эксплуатационная характеристика систем ХФ100//Хайдра флюидз интернэшнл лтд: Технический бюллетень. – М. – 1989. – С. 2 – 5.

7. Патент РФ, МПК6 С 09 К 7/02. Псевдопластичный буровой раствор/ Острягин А. И., Пеньков А. И., Растегаев Б. А., Вахрушев Л. П., Кошелев В. Н., Рекин А. С. – № 98105974/03; заявл. 14.11.1997; Опубл. 01.12.1998.

8. Хилл О. Классификация флюидных систем//World Oil. – 1997. № 6. Р.77–116.

9. Шабанова Н. А., Силос И. В. Взаимодействие неионогенных ПАВ с анионными полиэлектролитами// Коллоидный журнал. – 1991. Т. 53, №1. С. 164 – 167.

10. Хираока М. Краун-соединения. – М.: Мир.– 1986. С.33 – 37.

11. Бэгар В. А., Афонин В. В., Григорьев А. В. Термозависимые структурные перестройки оксиэтилированных ПАВ// Коллоидный журнал. – 1991. Т. 53, №1. С.113–117.

12. Гуща Т. О., Поп Г. С., Сперкач В. С. Акустическая релаксация водных растворов оксиэтилированных диизононилфенолов// Коллоидный журнал. 1993. Т. 55, № 5. С. 50–57.

13. Беленко Е. В. Физико-химическая механика полимер-бентонитовых буровых растворов, модифицированных полиэфирными реагентами. М.: Спутник+. – 2005. 88 с.


Категория статьи: Наука и образование

Дата создания статьи: 2016-06-03 13:48:09

«Нефть и Газ Сибири» №3(28) 2017 г.
Справочник отраслевых организаций
Яндекс.Метрика