СОБЫТИЯ

На освоение баженовской свиты направят более 25 млрд. рублей

«Газпром нефть» в ближайшие три года планирует направить на программу освоения баженовской свиты более 25 млрд. рублей. Об этом заявил генеральный директор технологического центра «Бажен» Кирилл Стрижнев. «Одним из ...

ПОЛЕМА представила материалы для 3D-печати изделий, используемых в нефтегазовой отрасли

В ходе мероприятия «DigitalStandUp трек «Аддитивные технологии» (организатор ПАО «Газпром нефть», г. Санкт-Петербург) «ПОЛЕМА» представила традиционные материалы для нефтегазовой отрасли, а также такие ...

Омский НПЗ поставил первую партию игольчатого кокса отечественным производителям

На Омском нефтеперерабатывающем заводе «Газпром нефти» получена партия игольчатого кокса — ценного сырья для металлургической, атомной, химической и космической отраслей. Новая опытно-промышленная партия прошла предварительное ...

В апреле представят дорожную карту по освоению месторождений Мирового океана

Минпромторг представит в Минприроды дорожную карту мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность к освоению месторождений в акватории Мирового океана. Об этом сообщил министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров. «У нас уже ...

В России хотят ввести штрафы за недолив бензина

Росстандарт и Минпромторг планируют в 2019 году внести в Госдуму законопроект об оборотных штрафах за недолив бензина на АЗС. Об этом сообщил глава Росстандарта Алексей Абрамов. По его словам, текст законопроекта уже готов, сейчас он проходит ...

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" №1 (34) 2019"
Справочник отраслевых организаций
Яндекс.Метрика