Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 622.248.3:622.244.442:66.067

В статье рассмотрен полифункциональный реагент для обработки бурового растрова в процессе бурения газовых и нефтяных скважин. В статье рассмотрено получение полифункционального реагента с помощью кинетической модели. При обработке бурового раствора полифункциональным реагентом на основе отечественного сырья, происходит комплексная обработка. Полифункциональный реагент повышает технико-экономические показатели бурового раствора.

Abstract

In the article the multipurpose agent for processing drilling fluids is reviewed during boring gas and oil-wells. In the article obtaining multipurpose agent with the help of kinetic model is reviewed. At processing of drill fluid the multipurpose agent on the basis of domestic raw, takes place complex processing. The multipurpose agent increases technical and economic parameters of drill fluid.

Актуальність теми дослідження. В даний час в Україні майже відсутнє виробництво хімічних реагентів на основі доступної, відновлювальної, вітчизняної сировини, які призначені для підвищення змащувальних властивостей, попередження ферментування та спінювання бурових розчинів і поліпшення техніко-економічних показників буріння свердловин. Нафтогазовій галузі як в Україні, так і за кордоном бракує реагентів, додавання яких до бурового розчину забезпечило б виконання ними одразу кількох важливих функцій, спростило б хімічну обробку та зменшило б витрати. Тому проблема розробки поліфункціонального реагенту для обробки бурових розчинів, дослідження його властивостей, промислове виробництво і впровадження є актуальною і важливою для галузі [1-4].

Наукова новизна одержаних результатів. Винайдено, що етилендіаміди жирних кислот у складі бурового розчину на водній основі здатні виконувати одночасно функції змащувальної домішки, інгібітора руйнування стінок і інгібітора корозії, піногасника, бактерициду і понижувача фільтрації. Запропоновані і обґрунтовані механізми роботи поліфункціонального реагенту в буровому розчині під час буріння, суть яких полягає у великій адсорбційній здатності до поверхонь розділу фаз і утворення міцного і щільного шару, а також гідрофобізація поверхні глинистих часток. Запропонована нова дешева жирно-кислотна сировина на основі вітчизняних відходів виробництва олії для одержання поліфункціонального реагенту. Запропонована нова технологія отримання поліфункціонального реагенту з використанням свердловини як хімічного реактора, яку потрібно оптимізувати за допомогою кінетичної моделі [5-7].

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що вперше розроблено поліфункціональний реагент, який у складі бурового розчину виконує функції змащувальної домішки, інгібітора руйнування стінок і інгібітора корозії, піногасника, бактерициду і понижувача фільтрації. Налагоджено промислове виробництво поліфункціональних реагентів, які у 2-3 рази дешевші від зарубіжних аналогів. Додаткове здешевлення хімічної обробки запропоновано одержувати за рахунок здійснення синтезу поліфункціонального реагенту у свердловині під час буріння [8-10].

Складна взаємодія триацилгліцеринів соняшникової олії (ТАГ ЖК СО) з етилендіаміном (ЕДА) n = 6 - простих реакцій, m = 7 - речовин і можна записати як систему рівнянь:

реагент буріння свердловина кінетичний

1) ТАГ + ЕДА > ДАГ + ЕАНАД;

2) ДАГ + ЕДА > МАГ + ЕАНАД;

3) МАГ + ЕДА > Гл + ЕАНАД;

4) ТАГ + ЕАМАД > ДАГ + ЕДАД;

5) ДАГ + ЕАМАД > МАГ + ЕДАД;

6) МАГ + ЕАМАД > Гл + ЕДАД, (1)

де ЕАНАД - етиленаміноаміди жирних кислот, ЕДАД - етилендіаміди жирних кислот, МАГ - моноацилгліцерини, ДАГ - діацилгліцерини [11-14].

Математичний опис матеріального балансу характеризує статику хімічного процесу, тобто стан системи в певний момент часу. Під час моделювання хімічних процесів важливо знати, як змінюється стан системи у часі. Ці залежності можна одержати, досліджуючи кінетику хімічної реакції. Для повного кінетичного опису системи записуємо диференціальні рівняння, для визначального реагенту ЕДА:

dZ/dt = k₁*Z_ТАГ*Z_ЕДА + k₂*Z_ДАГ*Z_ЕДА + k₃*Z_МАГ*Z_ЕДА. (2)

На основі теорії стаціонарних реакцій, яка полягає у тому, що будь-яку багатостадійну складну реакцію, у якій беруть участь інтермедіати, можна перетворити в декілька стаціонарних реакцій, ґрунтуючись на яких легко зробити кількісний опис складної реакції. Такий підхід цілком обґрунтований, оскільки після припинення хімічної реакції у реакційній суміші ми знаходимо лише стабільні речовини. В основі теорії стаціонарних реакцій лежить принцип стаціонарних концентрацій, або принцип Боденштейна-Семенова. Стаціонарна концентрація проміжної частинки незначна, а зміна концентрації у стаціонарному періоді реакції близька до нуля:

dZ/dt = 0. (3)

При перетворенні рівняння (2) відносно (3), при мольній долі Z_ТАГ = Z_ЕДА:

dZ/dt = k₁*Z²_ЕДА. (4)

При інтегруванні dZ/Z²ЕДА від Z0 до Z, та k1*dt від 0 до t отримуємо рівняння константи швидкості:

k₁ = 1/t*(1/Z - 1/Z₀). (5)

Константа швидкості знаходимо графічним методом, для цього використовуємо рівняння:

k₁*t = (1/Z - 1/Z₀). (6)

константи швидкості (k₁) і ступінь апроксимації (R²) за визначальним реагентом ЕДА при різних мольних відношеннях (МВ) в табл. 1. Високий ступінь апроксимації (середнє значення 0,98) свідчить про те, що рівняння для розрахунків констант швидкості, яке відповідає другому порядку розраховано вірно.

Константа швидкості використана для розрахунку об'єму реактора повного змішування (V, м³). Умови отримання етилендіамідів соняшникової олії: температура 433 К, мольне відношення 1:0,5, ступінь перетворення по водорозчинному аміну 0,95:

V = Х*(1 + Х)*V₀/(k₁*(1 - Х)) = 0,96*(1 + 0,96)*0,0056/(0,0002*(1 - 0,96)) = 1317, (7)

де V₀ = 0,0056 (м³/с) - об'ємні витрати.

Таблиця 1

константи швидкості (k₁) і ступінь апроксимації (R²) в реакції ТАГ СО з ЕДА

Енергія активації (Е_А, кДж/моль) розраховується (табл. 2):

Е_А = (ln(k₂/k₁)*R*Т₁*Т₂)/(Т₂ - Т₁), (8)

де Т₁, Т₂ - температури, К; k₁, k₂ - константа швидкості при температурі Т₁, Т₂, с-¹*(мольні долі)-¹; R = 8,31 - універсальна газова константа, кДж/(моль*К).

Ентальпія (?Н^#, кДж/моль) розраховується:

?Н^# = Е_А - R*Т. (9)

де Т = 413 К - середня температура, К.

Ентропія (?S^#, кДж/моль) для реакції другого порядку розраховується:

?S^# = 2,303*R*(lgk₀ - lgT - 11,18). (10)

де k₀ = e^{(lnk + E/RT)}.

Вільна енергія (?G^#, кДж/моль) для реакції розраховується [159], (табл. 3):

?G^# = Н^# - Т*?S^#. (11)

Таблиця 2

Енергія активації (Е_А, кДж/моль) для реакції ТАГ СО з ЕДА

Таблиця 3

Вільна енергія (?G^#, кДж/моль) для реакції ТАГ СО з ЕДА

Висновки

Отримання поліфункціонального реагенту оптимізовано за допомогою кінетичної моделі. Винайдені константи швидкості і вільна енергія реакції. Поліфункціональний реагент здатний одночасно зменьшуати тертя, ферментування, піноутворення також знижує водовіддачу бурового розчину, підвищує термостійкість бурового розчину, що дає можливість зменьшити витрати на хімічну обробку [15].

Список літератури

1. Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам. - М.: Недра, 1979. -215 с.

2. Шрайер Л.Л. Коррозия. - М.: Металлургия, 1981. -632 с.

3. Сорокин Ю.И. Микробиологическая коррозия металлов в морской воде. - М.: Металлургия, 1983. -123 с.

4. Пат. RU №2108360 С1, 7МПК С09К7/02. Способ получения реагента для ререлирования свойств буровых растворов / В.Н. Подвезенный, П.Г. Дровников, А.А. Егоров. -Заявл. 11.01.1996. Опубл. 10.04.1998.

5. Пат. RU №98119755 А, 7МПК C23F11/18, C23F11/14. Состав ингибитора РЕАКОР-11 для защиты низкоуглеродистых сталей от коррозии в сероводородных минерализованных средах / Д.Е. Бугай, Ф.А. Селимов, Ю.Н. Яханова и др. -Заявл. 28.10.1998. Опубл. 27.06.2000.

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

7. Пат. RU №2002135866 А, 7МПК C23F11/00, C23F11/14. Способ получения ингибитора коррозии "СИНКОР - 02" / С.Т. Бисембаев, Р.Р. Свергузин, И.К. Казмалы и др. -Заявл. 04.02.1994. Опубл. 27.06.2004.

8. Пат. SU №1829382 С1, 7МПК С09К7/02. Смазочная композиция для бурового раствора / Р.Г. Абдрахманов, Б.А. Андресон, В.Н. Умутбаев и др. -Заявл. 09.01.1990. Опубл. 10.12.1999.

9. Пат. RU №2200744 C2, 7МПК C08L77/00, C08K13/02, C08K13/02, C08K3:06, C08K3:22, C08K3:24, C08K3:32, C08K5:3492, C08K5:20. Огнестойкая полиамидная композиция / С.С. Песецкий, П.А. Пинчук, М.Б. Каплан и др. -Заявл. 22.06.2000. Опубл. 20.03.2003.

10. А.с. SU №1567239 А1, 5МПК 5В01D19/04. Пеногаситель / Н.А. Мельник, Б.Е. Чистяков, В.В. Круть и др. -Заявл.10.10.1987. Опубл. 30.05.1990, Бюл. №20. -10с.

11. Жуган О.А. Дослідження компонентного складу в реакції взаємодії етилендіаміну з триацилгліцеринами соняшникової олії // Інтегровані технології та енергозбереження. -Харьков: НТУ “ХПІ”, 2004. -№4. -С.90-92.

12. Жуган О.А. Математична модель для реакції взаємодії етилендіаміну з триацилгліцеринами соняшникової олії. / О.А. Жуган, О.І. Ільїнська, А.П. Мельник // Вестник. -Харьков: НТУ “ХПИ”, 2004. -№41. -С.52-55.

13. Жуган О.А. Дослідження реакції взаємодії триацилгліцеридів соняшникової олії з етилендіаміном // Вестник НТУ “ХПІ”. -Харьков.: 2003. -№11. -С41-43.

14. Жуган О.А. Получение азотсодержащих веществ на основе триацилглицеринов подсолнечного масла / О.А. Жуган, А.П. Мельник // Вестник. -Харьков: НТУ “ХПІ”, 2004. -№14. -С.31-35.

15. Піх З.Г. Теорія хімічних процесів органічного синтезу. -Л.: НУЛП, 2002. - 396 с.

РЕЦЕНЗІЯ

На статтю “КІНЕТИЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ОТРИМАННЯ ПОЛІФУНКЦІОНАЛЬНОГО РЕАГЕНТУ ДЛЯ БУРОВИХ РОЗЧИНІВ” Автора Жуган О.А.

Стаття присвячена актуальному питанню виробництва хімічних реагентів на основі доступної, відновлювальної, вітчизняної сировини. Ці реагенти призначені для попередження спінювання бурових розчинів і поліпшення техніко-економічних показників буріння свердловин. Для складання та збереження повного набору властивостей бурового розчину до нього необхідно додати багато компонентів, які виробляються переважно за кордоном. Нафтогазовій галузі як в Україні, так і за кордоном бракує реагенту, додавання якого до бурового розчину забезпечує виконання одразу кількох важливих функцій, що спрощує хімічну обробку та зменшує витрати. Тому розробка такого реагенту, його промислове виробництво на основі кінетичної моделі і впровадження є дуже актуально і важливо для галузі.

Представлений матеріал може бути корисний науковим співробітникам та фахівцям олійно-жирової, хімічної, та нафтогазовій галузей, тому що присвячений дослідженню поліфункціонального реагенту для бурового розчину при бурінні нафтових і газових свердловин. Отримані продукти синтезу мають різні галузі використання.

В цілому результати досліджень мають наукову і практичну значимість. Є доцільним, щоб з ними ознайомилось широке коло фахівців, тому стаття рекомендується до публікації у відкритій пресі.

УкрНДІгаз, докт. геол. - мін. наук. А.І.Лур'є

Відомості про автора

статті “КІНЕТИЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ОТРИМАННЯ ПОЛІФУНКЦІОНАЛЬНОГО РЕАГЕНТУ ДЛЯ БУРОВИХ РОЗЧИНІВ”

Жуган Оскар Анатолійович - інженер-технолог ІІІ категорії відділу техніки та технології буріння “УкрНДІгазу”. Адреса: м. Харків, вул. Красношкільна наб., 20; тел. 509610.

Домашня адреса - м. Харків - 174, пр. Перемоги - 77, кв. 175 тел. 3368759.

Размещено на Allbest.ru