Разработка высокоэффективных химических реагентов для буровых растворов

2.2.5 Методика контроля параметров буровых растворов

В строительстве скважин на нефть и газ, а также подводных переходов методом наклонно - направленного бурения в качестве буровых растворов используют глинистые суспензии, являющиеся дисперсными системами на водной основе. В процессе строительства скважин буровые растворы должны предотвращать возможные технологические осложнения в процессе бурения, минимизировать загрязнение нефтегазонасыщенного пласта компонентами бурового раствора, а в строительстве подводных переходов обеспечить безаварийное протаскивания трубопровода. Значительную роль в решении данных проблем играют реологические свойства буровых растворов, используемых в строительстве скважин.

Реологические свойства буровых растворов оказывают значительное влияние на вынос выбуренной породы на дневную поверхность, создание гидродинамического давления в скважине. Гидродинамическое давление, в свою очередь, определяет возможность возникновения осложнений в процессе строительства скважин: проявление или поглощение бурового растворгидроразрыв горных пород, а также загрязнение нефтегазосодержащего пласта. Поэтому возникает задача управления реологическими характеристиками буровых растворов в скважине. Эта задача решается путем химической обработки буровых растворов различными полимерами.

Реология буровых растворов и связанная с ней гидравлика кольцевого пространства непосредственно связаны с тем, насколько эффективно очищается ствол и насколько он стабилен.

Реология полимеров устанавливает связи между напряжениями, деформациями и скоростью развития деформаций при различных температурах, режимах деформирования и для текучих полимеров различного химического строения и различных молекулярных масс. Знание таких зависимостей необходимо для регулирования свойств бурового раствора.

Все параметры буровых растворов и методика проведения проводилась согласно Руководящему документу «Методика контроля параметров буровых растворов» РД 39-00147001-773-2004 [45]. Настоящий документ разработан специалистами НПО «Бурение».

В методике изложены порядок и правила контроля параметров буровых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин, даны рекомендации по выбору контролируемых параметров, приведены методы определения необходимой периодичности и точности контроля, основные характеристики и краткое описание технических средств и методов измерения, используемых для контроля параметров бурового раствора.

В частности в данной работе определялись:

Вязкость - имеет большое значение для обеспечения подъемной силы бурового раствора. Вязкость определяется концентрацией, качеством и степенью гидратации взвешенных частиц;

Условная вязкость - характеризует гидравлическое сопротивление бурового раствора течению;

Эффективная вязкость - косвенно характеризует вязкость бурового раствора как ньютоновской жидкости;

Пластическая вязкость - это та часть сопротивления течению жидкости, которая вызывается механическим трением;

Предел текучести или предельное динамическое напряжение сдвига - вторая составляющая сопротивления течению бурового раствора - является мерой электрохимических сил притяжения в буровом растворе;

Показатель фильтрации - косвенно характеризует способность раствора отфильтровываться через стенки скважины;

Толщина фильтрационной корки - косвенно характеризует способность раствора к созданию малопроницаемой фильтрационной корки на стенках скважины;

Показатель седиментации - косвенно показывает стабильность бурового раствора.

Порядок проведения измерений и описание используемых при этом приборов основательно приведены в разделе 3 РД 39-00147001-773-2004.

2.2.6 Исследование физических параметров разбавленных растворов полимеров

Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости проводиться согласно ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94). Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст международного стандарта ИСО 3104-94 «Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости» с дополнительными требованиями, отражающими потребности экономики страны.

Стандарт устанавливает метод определения кинематической вязкости жидких нефтепродуктов, прозрачных и непрозрачных жидкостей измерением времени истечения определенного объема жидкости под действием силы тяжести через калиброванный стеклянный капиллярный вискозиметр.

Определение плотности осуществлялось согласно ГОСТ 18249-72 «Метод определения вязкости разбавленных растворов полимеров».

Сущность метода заключается в измерении времени истечения разбавленных растворов полимеров через капилляр вискозиметра, равных объемов разбавленных растворов полимера и растворителя через капилляр одного и того же вискозиметра при постоянной температуре и определении следующих вязкостных характеристик: динамической вязкости; отношения вязкостей (относительной вязкости); относительного инкремента вязкости (удельной вязкости); числа вязкости (приведенной вязкости); логарифмического числа вязкости; предельного числа вязкости (характеристической вязкости).

ГЛАВА 3. Получение нового реагента-стабилизатора из отхода растительного сырья

3.1 Обоснование выбора исходного сырья

Учитывая химический состав отхода производства пивоваренного производства, в целях исследования, была предпринята попытка приготовления из него путём щелочного гидролиза водорастворимого реагента. Было установлено, что едкий натрий способен при повышенной температуре в 75-85 0С в растворе получать водорасторимый продукт, проявляющий свойства реагента-стабилизатора дисперсных систем.

Выбор сырой дробины обусловлен тем, что она представляет собой сложную смесь природных высокомолекулярных соединений и является наиболее значительным и дешёвым отходом пивоваренного производства, стоимость которого на различных заводах Республики колеблется от 15,0 - до 20 тыщ. сум за тонну.

Полученный щелочным гидролизом из пивной дробины реагент получил условное название «БУР», т.е. белково-углеродный реагент. Полученный выше указанным способом реагент БУР представляет собой густую пастообразную массу тёмно-коричневого цвета, хорошо растворимую в воде и имеющую запах мыла.

3.2 Выбор оптимальной рецептуры и технологии получения реагента БУР

Было установлено, что отход пивоварения - пивная дробина при взаимодействии с рядом неорганических щелочей, таких как NaOH, KOH и NH4OH в определённых условиях образовывают продукты, способные стабилизировать глинистые растворы. С этой целью был выполнен большой объём лабораторных работ по взысканию оптимальных условий для приготовления реагентов на основе пивной дробины разных заводов Узбекистана, а так же выявлению оптимальных рецептур глинистых растворов. Ниже в таблице 3.2.1 приведены условия получения и некоторые свойства данного реагента.

Таблица 3.2.1

Оптимизация условий получения реагента БУР

из пивной дробины разных заводов Узбекистана

№	Состав композиции, %	Соотно- шение дробина: щёлочь	Условия реакции	Основные свойства полученного реагента
	Вода	Дробина в сухом виде	Каустик NaOH		Темпе-ратура, 0С	Время реакции, час	Состояние продукта	Раство-римость	Водо- отдача 10% раствора, см/30мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Кибрайский завод
1	79,0	20,0	1,0	1:0,05	60	3,0	Слабо струк-турированная суспензия дробины	Нет	Неконтро- лируемая
2	79,0	20,0	1,0	-"-	80	3,0	-"-	-"-	-"-
3	78,0	20,0	1,0	1:0,1	60	3,0	Суспензия с признаками клеящих свойств	Частич- ная	35,0
4	78,0	20,0	-"-	-"-	80	3,0	Суспензия с клеящими свойствами	-"-	20,0
5	78,0	20,0	-"-	-"-	80	5,0	Густая тёмная коричневая паста	Полная с остат-ками оболочек семян	12,0
6	77,0	20,0	3,0	1:0,15	60	3,0	-"-	-"-	10,0
7	77,0	20,0	-"-	-"-	80	-"-	-"-	-"-	5,0
8	75,0	20,0	5,0	1:0,25	60	3,0	-"-	-"-	3,0
9	75,0	20,0	-"-	-"-	30	24	-"-	-"-	4,0
Алмалыкский завод
10	79,0	20,0	1,0	1:0,05	80	3,0	Слабо струк-турированная суспензия дробины	Нет	-
11	78,0	20,0	2,0	1:0,1	80	3,0	Суспензия с клеящими свойствами	Частич-ная	32,0
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
12	77,0	20,0	3,0	1:0,15	80	-"-	Густая тёмная коричневая паста	Полная с остат-ками оболочек семян	8,0
13	76,0	20,0	5,0	1:0,25	60	-"-	-"-	-"-	5,0
14	75,0	20,0	-"-	-"-	60	-"-	-"-	-"-	3,0
15	75,0	20,0	-"-	-"-	30	24,0	-"-	-"-	7,0
Самаркандский завод
16	78,0	20,0	1,0	1:0,05	30	3,0	Слабо струк-турированная суспензия дробины	Нет	-
17	78,0	20,0	2,0	1:0,10	-"-	-"-	-"-	Частичная	70,0
18	77,0	20,0	3,0	1:0,15	-"-	-"-	Густая тёмная коричневая паста	Полная с остат-ками оболочек семян	6,0
19	75,0	20,0	5,0	1:0,25	60	-"-	-"-	-"-	5,0
20	75,0	20,0	-"-	-"-	80	-"-	-"-	-"-	2,0
21	75,0	20,0	-"-	-"-	20	24,0	-"-	-"-	4,0

Из полученных экспериментальных данных видно, что с помощью щелочного гидролиза возможно в довольно мягких условиях и даже при определённых условиях (суточной выдержке) получать из пивной дробины водорастворимые пасты, обладающие способностью слабо фильтроваться через пористую среду. Получение указанных паст достигается только при определённом содержании в гидролизуемом растворе щелочного компонента, причём повышенная температура способствует получению более высококачественных реагентов. В данном случае не имеет никакого значения происхождение пивной дробины. Наиболее оптимальным соотношением между щёлочью (NaOH) и дробиной является величина 1:0,25 - 1:0,30 и время выдержки 3 часа при 80 0С. Одновременно с этим можно получать реагент и в нормальных условиях, но в этом случае время взаимодействия значительно возрастает и для температуры 20-25 0С оно составляет 24-30 часов, увеличиваясь по мере уменьшения температуры.

Попытки получить реагент используя вместо едкого натрия аммиачную воду успехов не имели, при всех условиях, когда не использовалось высокое давление получались слабоструктурированная паста, фильтрация которой изменялась незначительно. Ниже в таблице 3.2.2 приведены некоторые сведения на указанный счёт.

Для получения реагента способного снижать фильтрацию можно в данном случае получать только используя автоклавные условия, но и в этом случае получить результаты сравнительные с такой щёлочью как едкий натр не представляет возможным. По всей видимости аммиачную воду на данном этапе проведения работ можно будет только как вспомогательный реагент. По этой причине было решено на первом этапе проведения работ использовать только едкий натр при соотношении дробина : щёлочь 1:0,25 - 1:0,30.

Таблица 3.2.2

Исследование возможностей получения водорастворимого реагента из пивной дробины методов её щелочного гидролиза с использованием аммиачной воды

№	Состав композиции, %	Соотно- шение дробина: щёлочь	Условия реакции	Основные свойства полученного реагента
	Вода	Дробина в сухом виде	Аммиак (NH3)		Темпе-ратура, 0С	Давление, ат	Время реакции, час	Состояние продукта	Раство-римость	Водо- отдача 10% раствора, см/30мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Алмалыкский пивзавод
1	75,0	20,0	5,0	1:0,25	80	-	6,0	Слабо струк-турированная суспензия дробины	Нет	Неконтро- лируемая
2	75,0	20,0	5,0	-"-	100	1,5	6,0	-"-	-"-	-"-
3	75,0	20,0	5,0	-"-	110	3,0	6,0	Суспензия с признаками слабо клеящих свойств	Нет	40
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
4	70,0	20,0	10,0	1:0,5	80	-	6,0	Слабо струк-турированная суспензия дробины	Нет	40
5	70,0	20,0	10,0	-"-	100	-	6,0	Суспензия с признаками слабо клеящих свойств	Частич-ная	35,0
6	70,0	20,0	10,0	-"-	110	5,0	6,0	-"-	Частич-ная	12,0
7	65,0	20,0	15,0	1:0,75	80	-	6,0	Слабо струк-турированная суспензия дробины	Нет	40
8	-"-	-"-	-"-	-"-	100	1,5	6,0	Суспензия с признаками слабо клеящих свойств	Частич-ная	20
9	-"-	-"-	-"-	-"-	110	5,0	6,0	Суспензия с клеящими свойствами	Полная с остатками оболочек	12,0

3.3 Исследование физико-химических и коллоидно-химических свойств реагента БУР

Изучение вышеуказанных свойств реагента проводилось методами Ик-спектроскопии, кондуктометрии и сталагмометрии. Ниже на рисунке 3.3.1 представлены результаты измерений приведённые на спектрофотометре ИКС-12.

Из полученных данных видно полосы поглощения в интервалах длин волн 1120-1130 см-1; 1170-1180 см-1; 1250-1270 см-1; 1660-1700 см-1;2945-2960 см-1 и 3600-3700 см-1, которые можно индефицировать с наличием в реагенте веществ имеющих функциональные группы С-О ( насыщенный С); С-О (ненасыщенный С); -ОR; -СООН; -COO; - СО-NH; -COR; -O-Na и -COONa.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.3.3.1. Ик-спектры водных растворов реагента БУР

Это свидетельствует о том, что полученные в результате гидролиза реагенты представляют собой не только полиэлектролит сложного вещества, но и по свойствам отвечает полиамфолитам. Выявленные функциональные группы в реагенте БУР и соответствуют определённые его физико-химическим свойства, которые представлены на рис. 3.3.2 - 3.3.4.

Рис.З.3.2. Зависимость относительной вязкости от способа получения реагента БУР:

1) 3 часа при t = 75 0C; 2) 5 час. при t = 75 0C;

3) 1 час при t = 85 0C; 4) 3 час при t = 85 0C

Из полученных результатов (рис. 3.3.2 - 3.3.5), полученных путём изучения наиболее характерных коллоидно-химических свойств водных растворов реагента БУР следует, что все они обладают полиэлектролитными свойствами (рис.3.3.2 - 3.3.3), так как увеличение кинетических единиц реагента приводит и к увеличению относительной вязкости и к электропроводности, причём проведённый анализ позволяет исключить в данном случае влияние посторонних ионов.

Рис.3.3.3. Зависимость удельной электропроводности от способа получения реагента БУР. Образцы диализированы. Кондуктометр.

1) 3 часа при t = 75 0C; 2) 5 час. при t = 75 0C;

3) 1 час при t = 85 0C; 4) 3 час при t = 85 0C

Рис.3.3.4. Зависимость поверхностного натяжения воды от концентрации в ней реагента БУР:

1) 3 часа при t = 75 0C; 2) 5 час. при t = 75 0C;

3) 1 час при t = 85 0C; 4) 3 час при t = 85 0C

*Замеры проводились сталагмометром с U образным капилляром 0,5 мм

Рис.3.3.5. Влияние концентрации водородных ионов на относительную вязкость 5% раствора БУР:

1) 1 час при t = 85 0C; 2) 3 час при t = 85 0C

Весьма примечательным фактором является то, что полученные продукты гидролиза не только полиэлектролиты скажем какого-то одного заряда, например полианионы, как это имеет место у КМЦ, а скорее всего полиамфолиты, т.к. в зависимости от щелочности среды могут проявлять себя то как полианионы (рН>7), то как поликатионы (рН<6). Данные свойства таких растворов позволяет использовать их не только в щелочной среде, но и слабо кислой, что указывает на их высокую устойчивость по отношению к коагулирующему действию двух и поливалентных катионов [46, 47]. По всей видимости указанные свойства реагента БУР обеспечивается продуктами гидролиза природных полимеров (крахмала, целлюлозы, белков) составляющих основную часть сырой дробины и чем дольше длиться гидролиз, тем сильнее проявляются эти свойства.

Вместе с тем показано, что реагент БУР снижает поверхностное натяжение воды (рис. 3.3.4) и проявляет тем самым свойства поверхностно-активного вещества (ПАВ), что объясняется наличием в нём мыла, образовавшегося при гидролизе жирных кислот содержащихся в маслах входящих в состав зёрен ячменя, а следовательно и сырой дробины.

Далее, принимая во внимание полученные коллоидно-химические данные, были исследованы фильтрационно-технологические свойства пресных и минерализованных водных растворов реагента БУР (таблица 3).

Таблица 3.3.1

Фильтрационно-технологические свойства пресных и минерализованных водных растворов реагента БУР

Содержание реагента в 100 г. раствора, %	Соли, вес. %	Фильтрация на ВМ-6, ф•10-6 м3	Толщина корки, К•10-3 м	рН	СНС х10-1 Па	Услов-ная вяз-кость , С	Кажу-щаяся вязкость, Па•с
	NaCl	CaCl2				1 мин	10 мин
0,5	-	-	14,5	Плёнка	9	0	0	3,3	0,014
0,75	-	-	12,0	-"-	9	0	0	3,5	0,022
1,0	-	-	8,6	-"-	10	0	0	3,6	0,034
2,0	-	-	7,5	-"-	10	1,5	2,0	5,0	0,076
3,0	-	-	4,5	0,3	10	3,5	4,5	Кап	-
2,0	5,0	-	8	Плёнка	10	0,6	0,5	5,3	0,089
2,0	10,0	-	8,5	-"-	10	0,6	0,6	5,1	0,085
2,0	20,0	-	9,6	-"-	10	0,3	0,6	5,3	0,097
2,0	-	1,0	8,5	-"-	1	0,6	1,0	5,0	0,076
2,0	-	2,0	7,5	-"-	9	0,3	0,6	5,1	0,080
2,0	-	5,0	8,5	-"-	9	0,3	0,3	5,2	0,086
2,0	-	10,0	9,0	-"-	9	0,3	0,5	5,4	0,095
2,0*	-	20,0	6,0	-"-	6	0,6	0,6	5,4	0,139

*Реагент проявляет свойства полиамфолита, переходя в катионную форму.

На приведённых в таблице данных видно, что добавки реагента БУР значительно улучшают коллоидно-химические свойства водных растворов, расширяя пределы регулирования фильтрации, повышая его устойчивость к коагулирующему действию солей. Оптимальное количество реагента в водном растворе по полученным данным, когда в нём образуется структура (он приобретает структурные свойства) является концентрация - 2%. Одновременно с этим приведённые данные показывают, что водные растворы с добавкой реагента БУР проявляют исключительно высокую стойкость к разрушающему действию солей NaCl и особенно CaCl2. Это можно объяснить образованием компонентов БУР с солями высоковязких ассоциатов, которые загущают дисперсную среду, не проходят через каналы фильтрационной корки, закупоривая её, что в соответствии с законом фильтрации приводит к понижению водоотдачи.

Таким образом, проведённый объём работ даёт основание считать, что БУР может быть использован для приготовления не только безглинистых водно-полимерных промывочных жидкостей, но и глинистых растворов устойчивых к солевой агрессии.

3.4 Исследование влияния реагента БУР на процессы коагуляционного структурообразования в глинистых суспензиях

В данном разделе рассмотрена возможность регулирования процессов коагуляционного структурообразования и агрегатной устойчивости водных дисперсий суббентонитовых глин (Шорсуйский глинопорошок и Ката-Курганский глинопорошок) с помощью добавок реагента БУР. В процессе работы использовалось 20% суспензии Катта-Курганского глинопорошка в воде и 40 % суспензии Шорсуйского глинопорошка [48]. Добавка реагента варьировала в пределах от 0,5 до 2,0%. Результаты проведённых измерений приведены на рисунках 3.4.1 - 3.4.4.

При использовании Шорсуйской глины характер зависимостей (рис.3.4.1 - 3.4.2) существенно не изменился.

Изучение реологических свойств суспензии Катта-Курганской глины от концентрации БУР (0,5-5%) (рис. 3.4.3 - 3.4.4) показало, что исследуемые суспензии являются явно структурированными жидкостями, реограммы которых подобны, однако имеют место различие в прилагаемых напряжениях сдвига (фкр).

Рис.3.4.1. Зависимость пластической прочности 20% суспензии Катта-Курганской глины обработанной БУР:

1) через 2 часа; 2) через 4 часа;

3) через 6 часов после приготовления от концентрации БУР.

Рис.3.4.2. Кинетика нарастания пластической прочности 20% суспензии Катта-Курганской глины, обработанной 2% БУР.

Рис.3.4.3. Зависимость эффективной вязкости глинистой суспензии из Катта-Курганской глины (20%) от содержания в ней БУР.

1) 0,5%; 2) 1,0%; 3) 1,5%; 4) 2,0%; 5) 5%

Рис.3.4.4. Зависимость критического значения напряжения сдвига 20% суспензии Катта-Курганской глины от концентрации БУР.

ГЛАВА 4. Исследование стабилизирующей способности реагента БУР для приготовления глинистых растворов используемых при бурении нефтяных и газовых скважин

4.1 Исследование стабилизирующей способности реагента БУР

Для исследования стабилизирующих свойств полученных из пивной дробины химреагентов типа БУР использовались глинистые растворы приготавливаемые из Шорсуйского глинопорошка плотностью 1,26-1,27 г/см3 и из Катта-Курганского глинопорошка плотностью 1,24-2,25 г/см3. В указанные глинистые растворы вводился в виде 10% препарат БУР, как горячего так и холодного приготовления, приготовленные путйм щелочного гидролиза дробины с помощью едкого натра. Соотношение дробина : щёлочь для реагенте горячего приготовления бралось равным 1:0,25, а для холодного 1:0,3. Ниже в таблицах 4.1.1 и 4.1.2 приведены основные результаты полученные в результате изучения стабилизирующего действия реагентов серии БУР на глинистые растворы.

Таблица 4.1.1

Результаты изучения стабилизирующего действия реагента БУР на глинистые растворы, полученные из Шорсуйского глинопорошка

№ пп	Состав раствора, %	Темпе-ратура испыта-ний, 0С	Параметры глинистого раствора
	Концентрация реагента БУР	Na2CO3	Коагу-лирующая соль		, г/см3	T500, /с/	СНС, Мг/см2	В30, См3 / 30 мин	К, мм	рН
							1 мин	10 мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Реагент горячего приготовления
1	-	-	-	25,0	1,27	20	15	20	38	4	6,8
2	-	0,5	-	-"-	1,27	22	25	25	35	4	9,0
3	1,0	-	-	-"-	1,24	28	20	30	21	3	8,5
4	1,5	-	-	-"-	1,23	30	15	30	16	2,5	8,5
5	2,0	-	-	-"-	1,22	32	8	12	8,0	1,0	9,5
6	2,0	0,5	-	-"-	1,22	33	6	10	6,0	1,0	10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
7	3,0	0,5	-	-"-	1,22	35	5	8	5,0	1,0	10
8	3,0	0,5	30 NaCl	80	1,28	28	0	5	3,0	1,5	9,0
9	3,0	0,5	30 NaCl+ барит	80	2,20	55	15	25	8,0	1,0	9,0
Реагент холодного приготовления
10	1,0	-	-	25,0	1,20	30	18	25	20	3	9,0
11	2,0	-	-	-"-	1,23	32	8	16	8,0	1,0	9,5
12	2,0	0,5	-	-"-	1,23	33	5	14	1,0	1,0	9,5
13	2,0	0,5	-	50	1,23	30	5	12	8,0	1,5	9,5
14	3,0	0,5	-	-"-	1,22	32	5	10	6,0	1,0	9,5
15	3,0	0,5	30 NaCl	80	1,28	28	6	12	7,0	1,0	8,5
16	3,0	0,5	30 NaCl+барит	80	2,20	60	15	20	6,0	1,5	8,5

Примечание: Реагент БУР вводился в раствор в виде 10% водного раствора.

Таблица 4.1.2

Результаты изучения стабилизирующего действия реагента БУР на глинистые растворы, полученные из Катта-Курганского глинопорошка

№ пп	Состав раствора, %	Темпе-ратура испыта-ний, 0С	Параметры глинистого раствора
	Концентрация реагента БУР	Na2CO3	Коагу-лирующая соль		, г/см3	T500, /с/	СНС, Мг/см2	В30, См3	К, мм	рН
							1 мин	10 мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Реагент горячего приготовления
1	-	-	-	25,0	1,24	26	45	51	26	4	7,2
2	-	0,5	-	-"-	1,24	30	40	65	25	3,5	8,5
3	1,0	-	-	-"-	1,23	30	30	45	20	3,5	8,5
4	1,5	0,5	-	-"-	1,23	35	25	35	18	3,0	9,5
5	2,0	-"-	-	-"-	1,22	36	16	30	12	2,0	9,5
6	2,0	0,5	-	-"-	1,22	32	16	30	9,0	1,5	9,5
7	3,0	0,5	-	-"-	1,22	30	12	24	5,0	1,0	10,5
8	3,0	0,5	-	80	1,22	32	10	13	6,0	1,0	10,5
9	3,0	0,5	30 NaCl	80	1,27	30	8	12	7,0	1,0	9,0
10	3,0	0,5	30 NaCl+ барит	80	2,20	56	18	25	8,0	1,5	9,0
Реагент холодного приготовления
11	1,0	-	-	25	1,25	30	40	45	22	3,5	8,5
12	1,0	0,5	-	25	1,25	32	40	50	20	3,5	10
13	2,0	-"-	-	25	1,23	30	25	30	16	2,0	10
14	3,0	-"-	-	25	1,20	22,0	12	20	9,0	1,5	10,5
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
15	3,0	-"-	-	80	1,20	22,0	15	25	10,0	1,5	10,0
16	3,0	-"-	30 NaCl	80	1,27	25,0	20	15	12,0	1,5	8,5
17	5,0	-"-	30 NaCl	80	1,27	23	6	10	5,0	0,5	9,5
18	5,0	-"-	30 NaCl+барит	80	2,23	52	8	15	6,0	1,0	9,0

Для сведения стоит отметить, что исходный глинистый раствор из Шорсуйского глинопорошка обработанный 1% КМЦ с добавкой 3% УЩР перед засолонением имеет следующие параметры: = 1,22 г/см3; T500 = 22-23; СНС 1/10 = 3-5/5-6 мг/см2; В30мин = 4,0-4,5 см3 и К = 5 мм. Аналогичные параметры имеет и глинистый раствор из Катта-Курганского глинопорошка.

Из приведённых данных видно, что по своему стабилизирующему действию на пресные и минерализованные глинистые растворы приготовленные из местных глин реагента БУР напоминают реагент марки КМЦ 400-500, хотя и немного уступает им по эффективности, что выражается в повышенном его расходе. Если КМЦ достаточно вводить в количестве 1%, то оптимальная дозировка для обработки пресных растворов реагента БУР «горячего» приготовления составляет 2% и «холодного» может доходить и до 3%. Для стабилизации минерализованных растворов, которые используют при разбуривании соляно-ангидритовой толщи, соответственно расход реагента БУР возрастает, доходя для реагента «горячего» приготовления 3%, а «холодного» соответственно до 5%. Отличительной чертой реагента БУР является его способность в соленасыщенных растворах сохранять коагуляционную структуру и тиксотропные свойства, что позволяет уверенно утяжелять их баритом в отличие от растворов стабилизированных реагентом КМЦ.

4.2 Мероприятия для продления срока службы реагента БУР

Учитывая, что соленосные толщи располагаются в районах Юго-Западного Узбекистана на значительных глубинах и имеют температуру приближающуюся к 100 0С и выше, была изучена термостойкость реагента БУР и пути её повышения, т.к. известно, что чем более термостоек реагент тем больше срок его службы в процессе промывки скважины.

Разработанный реагент как видно из приведённых данных является довольно эффективным солестойким препаратом, однако, являясь аналогом КМЦ и крахмалов, его термостойкость не должна быть выше 120 0С. Для создания термостойких глинистых растворов на основе реагента БУР предлагаю использовать молотую серу Мубарекского НПЗ. Причина такого решения заключается в том, что элементарная сера довольно активно связывает перекисные соединения накапливающиеся в химических реагентах в процессе эксплуатации глинистых растворов при высоких температурах и давлениях [27, 32] и в то же время этот реагент местный и не дефицитный. Согласно современным представлениям оценка деструкционных процессов, происходящих в органических соединениях под действием перекисных соединений может быть определена и рассчитана по энергии активации Е этих систем и данным дифференциального термического анализа (ДТА). Ниже в таблице 4.2.1 приведены сравнительные результаты указанных величин для реагента БУР и его аналогов (крахмала и КМЦ).

Таблица 4.2.1

Результаты оценки деструктурирующих окисленных процессов, происходящих в композициях защитных реагентов с добавками элементарной серы

№	Наименование образца	Температура эндотермической реакции, 0С	Потери веса,%	Энергия активации Е, кДж/моль
1	Серосодержащая добавка	156	6,00	1133,73
2	КМЦ-600 (Наманган_	140	4,17	735,72
3	КМЦ-600 + серосодержащая добавка	160	6,5	1734,67
4	Крахмал кукурузный	120	20,20	513,97
5	Крахмал + серосодержащая добавка	162	5.00	1553,82
6	Реагент БУР (горячего приготовления)	145	7,10	538,5
7	Реагент БУР + серосодержащая добавка	168	5,30	1671,06

Из приведённых данных видно. Что значения энергии активации образцов содержащих серу превышают значения Eакт отдельно взятых реагентов, таких как БУР, КМЦ-600 и крахмал. Отсюда следует, что термическая деструкция этих реагентов в присутствии дисперсной серы затруднена и будет происходить при значительно больших температурах нежели без её добавки.

Таким образом на основании полученных данных можно утверждать, что длительность действия защитных реагентов будет увеличена, а следовательно будет снижен и их расход на 1 метр проходки скважины.

Щелочная вода оказывает пептизирующее действие на обрывки тканей и коагулируемые белки и вызывает их набухание. В щелочной воде хорошо растворяются дубильные вещества оболочек, особенно при повышенной температуре. Т.к. получаемый реагент является продуктом переработки растительного сырья, то он может подвергаться во времени бактериальному разложению, для предотвращения которого необходимо поддерживать его рН > 10 или вводить в него бактерицидные добавки, которые представлены в таблице 4.2.2.

Таблица 4.2.2

Средства	Наименование, состав
Щелочные	Щелочной эльмоцид, антиформин, хлорная известь. Щелочной эльмоцид - 0,1 и NaOH +5% 0,1н раствор NaCl.
Нейтральные	Формальдегид, параформ, хлорамин, четвертичные аммонийные соли (хлориды, бромиды) КАПАВ 0,1% (диманин - 0,05%)

4.3 Описание технологической схемы получения реагента БУР «холодным» способом

Реагент БУР представляет собой продукт взаимодействия «сырой дробины», имеющей определённую влажность и каустической соды. Данная технологическая схема разработана для получения реагента при нормальной температуре, т.е. без дополнительного нагревания, так как способ получения реагента БУР не оказывает существенного влияния на его стабилизирующую активность. Схема получения реагента БУР «холодным» способом представлена на рисунке 4.3.1.

Пивная дробина со склада (места складирования) подаётся транспортиром 2 марки Т-125, через загрузочный бункер 3 и весы - дозатор 4 в бетономешалку 5. Возможно использовать бетономешалку типа С-159 или её модификации С-199, С-99, С-206 [49, 50].

В свою очередь 20% каустическая сода из ёмкости 12 насосом 11 марки К-4 через ёмкость 10, снабжённую перемешивателем ПН, также подаётся в бетономешалку 5. Отношение сухой дробины и щёлочи должно составлять 1:0,2 - 1:0,3.

Перемешанную в течение 0,5 часа массу загружают в ёмкость 6, марки ЕР-30, снабжённую механическими перемешивателями 7 типа ПН и центробежным шламовым насосом 8 типа ВШН-100. Спустя сутки в массу добавляют техническую соду и бактерицидную добавку и перемешивают в течении 1 часа механическими перемешивателями, а затем, готовый реагент откачивают в ёмкость для хранения 9 типа EY-20, откуда по мере надобности реагент добавляют в промывочную жидкость.

Рис.4.3.1. Схема получения реагента БУР холодным способом:

1. Склад дробины на 10т; 2. Транспортёр Т-125; 3. Загрузочный бункер;

4. Весы-дозатор; 5. Бетономешалка С-159; 6. Ёмкость ЕР-30; 7. Перемешиватель ПМ; 8. Насос ВШН-150; 9. Ёмкость для хранения и отгрузки реагента; 10. Ёмкость с перемешивателем ПМ, V=5м3;

11. Насос К-4; 12. Ёмкость для каустика, V=3м3.

Так же, по мере необходимости, возможен вариант из ёмкости 6 после перемешивания расфасовать продукт в толстые полипропиленовые мешки на объём до 50 литров, такая тара выпускается промышленно. По мере прибытия на буровую (2-3 суток) реагент будет готов, т.е. приготовиться в дороге.

При необходимости перед вводом реагент БУР в промывочную жидкость в схему вводят вибросито ВС-1 и ёмкость для хранения оболочек зёрен ячменя, которые впоследствии можно использовать при вскрытии продуктивного пласта как наполнитель.

По качественным показателям БУР должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1

Наименование показателей	Характеристики и нормы
Консистенция	Мазеобразная
Цвет	От коричневого до тёмно-коричневого
Содержание жирных кислот, %	6 - 8
Содержание свободной едкой щёлочи, %	1,5 - 2,0
Содержание оболочек зёрен ячменя, %	1,8 - 2,2
Растворимость в горячей и холодной воде	Полная

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выводы:

Из результатов проделанных лабораторных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Получен новый водорастворимый дробино-щелочной реагент (БУР) при щелочном гидролизе сырой дробины (отход производства пивоваренного производства) и отработаны оптимальные параметры процесса его получения: соотношение дробины и щелочи 1:0,20 - 0,25, температуры 65-70 0С и временем гидролиза 3,5 - 5,0 часов, а также с t = 10-65 0С и временем гидролиза 24-46 часов.

2. Установлено, что компонентный состав реагента БУР представлен продуктами гидролиза природных полимеров (крахмал, клетчатки, белков) и омыленных жиров с функциональными группами: -ОR; -СООН; - СО-NH; -COR; -O-Na и -COONa. Показано, что реагент БУР - это комплексная добавка, обладающая полиэлектролитным характером и поверхностно-активными свойствами.

3. Определена и обоснована оптимальная концентрация БУР в 2% для реагента «горячего» приготовления и 3% для реагента «холодного» приготовления, обеспечивающая благоприятные структурно-механические свойства глинистых буровых растворов. Способ получения БУР не оказывает существенного влияния на его стабилизирующую активность, в связи с чем предложена схема «холодного» получения реагента без нагрева.

4. Найдена зависимость кинетики процесса структурообразования глинистых растворов от концентрации БУР в пределах 0,5 - 5,0%. Установлено, что возникшие в них структуры являются коагуляционно-тиксотропными.

5. Выявлена высокая устойчивость водных и глинистых растворов БУР к коагулирующему действию электролитов (20% NaCl; 2,0% CaCl), что связано с наличием в БУР гидроксильных и карбоксильных групп.

6. Показано, что в системе глина-вода-БУР возможна фиксация молекул реагента на поверхности глинистых частиц.

7. Для повышения термостойкости КМЦ, крахмала и БУР предложена дисперсная сера.

ЛИТЕРАТУРА

Каримов И.А. Дальнейшее углубление демократических реформ и формирование гражданского общества - основной критерий развития нашей страны. Том 19. Ташкент, 2011г.

Азизхонов А.Т., Ефимова Л.П. Теория и практика строительства демократического общества в Узбекистане. Учебное пособие. Ташкент. 2005г.

Городнов В.Д. Буровые растворы. - М.: Недра, 1985г. - 206с.

Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб, для вузов. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2003г. - 1007 с.

Пантелеев А.С., Козлов Н.Ф. (ред.). Геологическое строение и нефтегазоносность Оренбургской области. Оренбург: «Оренбургское книжное издательство», 1997г. - 272с.

Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. Оренбург: «Летопись», 2005г. - 664с

Справочник по буровым растворам//Drilling, completion and workover fluids. Приложение к журналу «Нефтегазовые технологии». М: «Топливо и энергетика», 2007г. - 48с.

Рябченко В.И. Управление свойствами буровых растворов. М: «Недра», 1990г. - 230с.

Ананьев А.Н. Учебное пособие для инженеров по буровым растворам. Волгоград: «Интернешнл касп флюидз», 2000г. - 139с.

Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М: «Недра-бизнесцентр», 2002г. - 632с.

Шаманов С.А. Бурение и закачивание горизонтальных скважин. М: «Недра», 2001г. - 190с.

Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: М: «Недра», 1999г. - 424с.

Кочнев А.М., Заикин А.Е., Галибеев С.С., Архиреев В.П. Физико-химия полимеров. Казань: «ФЭН», 2003г. - 512с.

Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2000г. - 679 с

Булатов А.И. Теория и практика закачивания скважин. М: «Недра», 1998г. - 496с.

Ахмадиев Р.Г., Данюшевский В.С. Химия промывочных и тампонажных жидкостей. М., «Недра», 1981г. - 280с.

Баканов Н.А. Крахмальные и декстриновые клеящие составы, М., 1959 г. - 47с.

Булатов А.И. Основы физико-химии промывочных жидкостей и тампонажных растворов. М. «Недра», 1968 г. - 424 с.

Басарыгин Ю.М., Будников В.Ф. Булатов А.И. Технологические основы освоения и глушения нефтяных и газовых скважин. М: «Недра», 2001г. - 543с.

Беркович А.К. Синтез полимеров на основе акрилонитрила. Технология получения ПАН и углеродных волокон. М: «МГУ» 2010г.

Исленьтьев К.А. Загущающие и клеящие материалы из специально подготовленных высокомолекулярных соединений, М., 1960 г.

Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов, М., «Недра», 1972 г. - 392с.

Колпенский В.Г. Клей из гуза-паи. Труды ВАСХНИЛ, М.-Л, 1937 г.

Мальцев П.М. Технология солода и пива. М., «Пищепром», 1978 г.

Паус К.Ф. Буровые растворы.М. «Недра», 1967г.

Паус К.Ф. Буровые промывочные жидкости. М., «Недра», 1967 г.

VI республиканская конференция по физикохимии, технология получения и применения промывочных жидкостей, дисперсных систем и тампонажных растворов. Киев, АНУССР, 1985 г.

Обзор. Серия бурения. Растворы на полимерной основе для бурения скважин. Вып.6.1986 г.

Фрейдин А.С. Полимерные водные клеи. М., Химия, 1985г.

Усманов Х. У., Юльчибаев А. А., Валиев А. А. Привитые полимерные вещества, Ташкент Фан 1982г. - 32с.

Материалы учебного пособия к лекциям на тему: «Водорастворимые полимеры. Структура, получение, свойства, применение» //Российский Государственный Университет нефти И газа им. И.М. Губкина Москва 2011г. - 46с.

Р.Д.39-23-665-81 Комплексное исследование водорастворимых полимеров. Куйбышев, 1981 г.

Сборник Промывочные растворы для бурения скважин. М., Гостоптехниздат, 1962 г., Саломов Х.Т. Производство пектина из хлопковой створки. Пищевая промышленность. -1991. -№7.-С.60.

Сборник Получение и применение промывочных и тампонажных дисперсий в бурении. Киев, «Наукова Димка», 1984 г.

Трегубов Н.Н. и др. Технология крахмала, М., 1965г. - 468с.

Мискарли А.К., Байрамов А.М. Новые поверхностно-активные вещества для нефтяного бурения. Баку, 1964 г. - 24с.

Мальцев Я.М. Технология и оборудование пивоваренного производства, М., 1978г.-350с.

Лабораторный практикум по ВМС//Кабардино-Балкарский Государственный Университет, Нальчик 2003г. - 92 с.

Короткова Е.И., Гиндуллина Т.М. Физико-химические методы исследования и анализа. Издательство Томского политехнического университета, 2011г. - 168с

Сутягин В.М., Ляпков А.А. Физико-химические методы исследования полимеров Учебное пособие Издательство Томского политехнического университета, 2008г - 130c.

Кондуктометр лабораторный МР513. Инструкция по эксплуатации.

Губанова Н.Я Методическое пособие к лабораторным работам по физической и коллоидной//Кубанский Государственный Аграрный университет г. Краснодар 2011г. - 240с.

Кленин В.И. Практикум по коллоидной химии: методическое пособие. М.: Соль. 1993. 54с,

Савицкая Т.А. Практикум по коллоидной химии. Минск: «БГУ», 2003г. - 113с.

Руководящему документу «Методика контроля параметров буровых растворов» РД 39-00147001-773-2004

Ахмедов Н.С., Арипов О.А., Зайнутдинов С.А. и др. Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с диспареными системами. - Ташкент, «Наука», 1984г. -257с.

Размещено на Allbest.ru