автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка и исследование новых рецептур буровых жидкостей на углеводородной основе

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА

На правах рукописи

Чан Фуцюань

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ РЕЦЕГТГУР БУРОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ НА УГЛЕВОДОРОДНОЙ ОСНОВЕ ( С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ КНР)

Специальность 05.15.10. -" Бурение нефтяных и газовых скважин "

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-1998

Работа выполнена на кафедре промышленной экологии Государственной Академии нефти и газа им. И. М. Губкина.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент В. Л. Заворотный.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Ясашин А. М.~ ~ Кандидат технических наук, доцент Рыбальченко В. С.

Ведущее предприятие - ВНИИ природных газов и газовых

технологий

Защита состоится " илар/»С{ 1998 г. в 15.00 часов в ауд. 731 на заседании диссертационного Совета К. 053. 27. при Государственной Академии нефти и газа имени И. М. Губкина (ГАНГ им. И.М. Губкина) по адресу: 117917, Москва ГСП - 1, Ленинский просп., 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ имени И. М. Губкина.

Автореферат разослан " февраля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета к. т. н., профессор

А. О. Палий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для обеспечения Китая знергоресурсами необходимо существенное повышение объемов добычи нефти и газа. На фоне падения уровня добычи нефти на старых месторождениях в восточной части страны, фронт разведки и разработки новых нефтяных и газовых месторождений постепенно перемещается в згшадную часть Китая, где предстоит в ближайшее время произвести огромный объем буровых работ в районах со сложными горно-геологическими условиями и трудноизвлекаемыми запасами.

Эффективность бурения в значительной степени зависит от бурового раствора, тип и свойства которого, влияют на качество строительства скважин, определяют возможность предупреждения осложнений и успех при вскрытии и освоении продуктивных пластов.

В настоящее время прилагается немало усилий для защиты продуктивных пластов в период их первичного и вторичного вскрытая от загрязнения буровыми растворами на водной основе - основной тип промывочных жидкостей, применяемых в КНР.

При проведении буровых работ в последние годы отмечена тендекши к расширению применения растворов на углеводородной основе(РУО), связанная с их известными преимуществами ( сохранение естественной продуктивности пласта, высокая термостойкость, предотвращение гидратации глинистых пород, низкая диспергирующая способность в отношении выбуренной породы, высокая устойчивость к рапопроявлению, сероводородной агрессии).

Применение РУО в Китае является перспективным, особенно для обеспечения высокоэффектиного освоения месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти и в первую очередь, для условий низкопроницаемых, ма-лодебитных и заглинизированных коллекторов, а также для месторождений

с низкими пластовыми давлениями, вступившими в поздний период эксплуатации.

Наиболее известными и эффективными в таких условиях из РУО, с точки зрения экономичности и технологичности применения, являются ин-вертные эмульсионные растворы (ЮР ), содержащие различное количество эмульгированной водной фазы ( 15 - 80 % ), на основе химических реагентов из минерального, растительного и животного сырья, отвечающие современным эхологичесным требованиям.

С учетом изложенного весьма актуальной является проблема разработка новых химиреагентов и рецептур ГОР на базе местного сырья и технологии приготовления, применения таких растворов, устойчивых в широком интервале температур и отвечающих экологическим требованиям охраны, природа.

В Китае имеется необходимый ассортимент материалов, научно-техническая и материальная основа для их производства.

Цель работы:

Разработка н совершенствование технологии приготовления и применения ИЭР на основе сырья КНР.

Основные задачи работы-.

1.Анализ мирового опыта применения РУО ( ГОР ), оценка условий применения ГОР с учетом особенностей горно-геологических условий Китая, разработка требований буровым растворам на углеводородной основе для местных условий.

2.Исследование сырьевой базы КНР.Подбор и разработка на ее основе технологий получения химреагентов (структурообразователя, эмульгатора и дисперсионных сред) для ЮР.

3. Разработка новых рецептур и технологии приготовления РУО на основе органоглин.

Научная новизна:

1. Определены физико-химические характеристики бентонита Ляодунского месторождения и показана возможность его использования для синтеза органоглин модификацией структуры неорганическими и органическими реагентами. В выбранных условиях модификации бентонит обрабатывали уксусной кислотой (2:,1 )или карбонатом натрия ( 14:1 ) и органическими четвертичными аммонийными солями ( ЧАС ), взятыми в массовом соотношении ( 10 : 5 ~ 10:7). В качестве органического модификатора наиболее эффективны димегалдиалкильнме ( ДАДМАХ ) с алкильными радикалами, содержащими не менее 16 атомов углерода-Установлены условия синтеза ор-ганобентонита соотношение реагентов, порядок их смешения, температура процесса и степень сушки органобектонита.

2.Разработана экспресс-методика оценки эффективности органоглин на основе их способности к диспергированию, в различных типах углеводородов. С помощью этой методики установлены параметры структурообразо-вания в РУО, приготовленных на дисперсионных средах различного углеводородного состава.

3. По результатам, изучения физико-химических (межфазных) взаимодействий в системе " эмульгатор - дисперсионная среда " предложена более эффективная эмульгирующая композиция, включающая эфиры триэтанола-мина с органическими кислотами таллового масла и углеводородного рас-творотеля ( до 60 % об ). Природу растворителя необходимо варьировать в зависимости от содержания ароматических углеводородов в дисперсионной среде и экологических требований.

Практическая ценность:

Разработана технология синтеза (получения) структурообразователя для ИЭР-органобентонит на основе глин Ляондунского месторождения.

Разработана технология приготовления и применения новых рецептур

ГОР, с учетом особенностей состава и свойств дисперсионных сред, струк-турообразователя и эффективного эмульгатора, полученных или синтезированных на базе сырья КНР.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры бурения нефтяных и газовых скважин ГАНГ им. И. М. Губкина, на 2-ой научно-технической конференции, посвещенной 850-летия г. Москвы, " Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России " ( г. Москва ) и на второй всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России " Новые .технологам в газовой промышленности " (г. Москва).

Публикации. Основное содержание диссертационой работы изложено в 8 публикациях.

Объем работы. Дисертационная работа состоит из введения, 3 разделов и основных выводов. Общий объем работы составляет 122 страниц машинописного текста, включая^^исунков.-З^габлиц и список литературы.

Автор благодарит сотрудников кафедры промышленной эгологии ГАНГ им. И. М. Губкина . и Д. О. Сидоренко за оказанное внимание и под держку при выполнении диссертационной работы.

Особую благодарность автор выражает своему руководителю к. т. н., доц. В. Л. Заворотному и академику РАЕН, зав. кафедрой, д. т. н., проф. О. К. Аягелопуло.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении дается краткое-обоснование актуальности применения растворов на углеводородной основе {РУО) в КНР.

В первом разделе дается краткая характеристика основных нефтегазо-

носных провинций Китая, особенностей их геологического строения. На примере Турфаяского бассейна - одного из перспективных нефтегазоносных районов Китая, рассмотрены проблемы возникающие при бурении скважин в неустойчивых отложенкях( обвалы пород, поглощение бурового раствора, кавернообразование и прихваты бурильного инструмента) и при вскрытии продуктивных горизонтов, представленных низкопроницаемыми терригенными коллекторами.

Выявлены причины, обсуждены пути и методы их устранения, показано , что наиболее перспективным является комплексное применение промывочных жидкостей на углеводородной основе(РУО).

Дан анализ современных представлений о растворах на углеводородной основе, опыта применения РУО при бурении в неустойчивых отложениях и для вскрытия продуктивных пластов в Российской и зарубежной практике бурения.

На основе анализа мирового опыта применения РУО и тенденции их развития установлено, что наиболее перспективными являются не сложные по составу ( не больше 4-5 видов реагентов ) инвертно-эмульсионные растворы с объемным содержанием водной фазы от 15-80 %, в которых в качестве структурообразователя используются органоглина, а вместо традиционных дисперсионных сред - низкотоксичные деароматизированные продукты нефтепереработки или синтетические биоразлагаемые органические жидкости.

В заключении раздела сформулированы задачи исследований по разработке новых рецептур РУО.

Второй раздел посвящен разработке технологии получения органоглин (ОГ) на основе минерального сырья КНР.

Дается анализ глинистого минерального сырья известных месторождений: Вайомингского(США), Асканского, Сарипохского. Рассматривается влияние кристаллохимических свойств глинистых минералов на коллоидно-

химические свойства (гидрофильность, набухаемость, пластичность, диспер-ность, тиксотропное структурообразование, коагуляционную устойчивость).

Установлено, что коллоидно-химические свойства, в том числе струк-турообразование(загущающая способность) оргаиоглинистых комплексов в буровых растворах (РУО), зависят в основном:

- от кристаллического строения исходного глинистого минерала;

-химической природы модификатора;

- природы и сольватирующей способности дисперсионной среды.

Показано, что при получении органоглин наиболее широко используются щелочные( натриевые) бентонитовые глины, с высоким ( 80 - 150 мг • экв / ЮОг ) обменным комплексом.

Был осуществлен подбор глинистого сырья для синтеза органоглин, на основе бентонитов Ляодунского месторовдения, расположенного в восточной провинции Китая - Ляонин. Характеристика минералогического и химического состава образца Ляодунского месторождения и других, представлена в таблице 1.

Установлено, что Ляодунские бентониты имеют по сравнению с бентонитами Асханского и Сарипохсхого месторождений повышенное содержание оксидов магния и кальция, но меньшее в 2-3 раза содержание оксидов железа. По данным рентгене-структурного и дериватографического анализа в бентонитах, главный минерал представлен монтмориллонитом, кроме монтмориллонита, присутствуют еще смешаннослойные образования типа гидрослюда - монтмориллонита.

Видно, что образцы Ляодунского месторождения по показателям физико-химических свойств незначительно уступают Вайомингскому бентониту, находятся на уровне Асканского бентонита, но превосходят Сарипохский бентонит, которые хорошо проявили себя в качестве сырья для получения органоглин. Глины Ляодунского месторождения имеют высокую обменную

Таблица 1.

Характеристика минералогического и химического состава различных бентонитов

Глина месторождения

Показатели Ляодунс- Вайомикг- Асханско- Сарипохс-

кого кого го КОП)

1. Основные породообра-

зующие минералы монтмориллонит .

2. Состав обменных катио-

нов:

Саг* 24.5 25-40 38.5 15-17

М22+ 35.86 10-15 3.5 11-18

23.05 40,50 40.0 30-42

Сумма обменных катионов 83.41 95-100 82.0 65-80

3. Содержание основных

оксидов, % масс.

66.53 55.44 53.20 63.41

А12 03 11.83 20.14 18.10 16.50

1.17 3.67 2.8 4.29

MgO 4.45 2.49 2.06 2.28

СаО 5.22 0.5 1.16. 3.10

N3,0 1.89 2.75 1.7 2.18

К20 0.52 0.6 0.81 1.30

4. Массовая доля песчаной, фракции, % масс 2.6 1.4 1.4 4.4

5. Межпакетное расстояние (Зооь мкм* 14,5 . 12.5 12.63 14.7

6. Выход раствора, м' /т 16.8 19.9 >12 4,3-9,0

* по данным рентгеноструктурного анализа

ёмкость, в которой преобладает доля катионоз и Са2+, поэтому относятся к щелочноземельным бентонитам.

Проведены исследования для определения вида и условий предварительной обработки глинистого сырья. Установлено, что для повышения качества исходного минерального сырья и дополнительной пептизации глинистых частиц, необходимо заместить ионы щелочноземельных металлов на ионы натрия или водорода, что чаще всего достигается в водных дисперсиях различными неорганическими модификаторами.

Изучено влияние различных неорганических реагентов и условий предварительного модифицирования на коллоидно-химические свойства и способность глин к олеофилизации:

Выявлены эффективные неорганические модификаторы ( Ыа2СОз и ' СН3СООН ), их оптимальные концентрации и условия обработки, которыхе привели к значительной пептизации глин Ляодунского месторождения, необходимых при синтезе ОГ.

При этих концентрациях модификаторов глинистые суспензии имеют следующие свойства: а) обработка ( 2:1 ) уксусной кислоты - (ёср= 4,0 мкм; ОК=134,0 мг-экв/100 г); б) обработка ( 14:1 ) карбонатом натрия - (<1ср= 4,0 мкм; ОК=94,0 мг-экв/100 г).Увеличение температуры до 80 °С на данные процессы (а и б) существенно не влияет.

При синтезе ОГ модифицирование поверхности глинистых минералов органическими реагентами осуществляется по следующей схеме:

бентонит" + НаС1

Оценка различных органических модификаторов глин показала, что для этих целей целесообразно использовать ■кагионные ПАВ - четвертичные аммонийные соли (ЧАС) с одним или двумя радикалами с числом углерод

Т5 ^ г + Г Г8 1

Ка+ бентонит" + Л,- СГ 4-> ^-N-1*4

¿з ^

Таблица 2.

Физико-химические характеристики ЧАС - олеофилизаторов бентонитовой глины

Фирменное назиапис продукта Химическое название активного вещества Физическое состояние вещества при 20° С Состав продукта, % Среднее распространение длин углеводородных цепей в углеводородных радикалах, %

активное вещество третичный амин и амингид-ро хлорид изопро- пиловый спирт вода

С,2 См с,в с„

ARQUAD VCD-30 Кокобензилдиметил аммоний хлорид (АБДМАХ) жидкость ' 80-81 <2 10* 10 68 29 3 -

ARQUAD НТВ-75 Таллилбензилдимет ил аммоний хлорид (АБДМАХ) пастообразный 75-78 <2 17 10 1 4 31 64

Катамин АБ Алкилдиметилбензи ламмоний хлорид (АБДМАХ) , жидкость 48 2.4 - -50 70 25 5 -

ARQUAD 2С-75 Дикокодиметиламмо ний хлорид (ДАДМАХ) жидкость 74-77 <2 17 8 61 19 10 10

ARQUAD 2 НТ-75 Диталпилди-метиламмоний хлорид (ДАДМАХ) паста 74-76 <2 15 - 1 4 31 64

ных атомов Сп-Си- Были исследованы Российские и зарубежные образцы ЧАС - алкилбензшщиметшшммопйй хлорид ( АБДМАХ ) и диалкилдимети-ламмоний хлорид ( ДАДМАХ ) с углеводородными радикалами > 10, полученные на основе гидрогенизированных жирных кислот растительных масел - таллового и кокосового, имеющих более удовлетворительные экологические показателя и сырьевую базу в КНР. Их характеристики приведены в таблицах 2.

Для олеофилизации бентонитов использовали два наиболее известных способа: коллоидный и сухой. Показано, что выбранные способы достаточно эффективны, причем ОГ полученные коллоидным способом более высокого качества.

Характер и полноту взаимодействия олеофилизатора с глиной оцени- • вали методом спектрофотометрии на спектрометре Бресогс! 75 Ж (см. рис 1.) и дериватотрафически. Для этого проводили сравнение характера полос поглощения и дериватограмм образцов сухого минерала непосредственно после его обработки модификаторами и после, экстракции непрореагировавшего ЧАС с его поверхности п-ксилолом в аппарате Сокслета в течение 3-х суток.

Как видно из результатов физико-химических анализов, имеет место химическое взаимодействие, поскольку все полосы, характерные для олеофилизатора, присутствуют в спектре модифицированной глины после обра-ботхи(отмыва физически сорбированного КЛАВ) её в аппарате Сокслета.

Рентгеноструктурный анализ образцов показал, что межплоскостное расстояние Ляодунского бентонита после его' олеофилизации ЧАС - катами-ном АБ( в массовом соотношении глина:ЧАС - 10:4) резко возрастает до ¡8 мкм. Это расстояние несколько снижалось(до 17,33 мкм) при последующей отмывке глины в аппарате Сокслета, но оставалось все же выше, чем у исходного образца- 14,5 мкм. Причем, взаимодействие ЧАС с поверхностью монтмориллонита носит практически необратимый характер. Двухступенчатый характер десорбции может быть следствием вероятного протекания

—-"Л 1 rUl -------------------

\ ! /

\ \ . t и

s \\J ..________ \ . .л / \J \\ il Г"' I

V s/ \í У 1 г / S 1 Ч-' \ / A4 I х-" Г / - -

^ \ U \ >г" 1 i

2-пос АБДМАХ—f-K ЛБ,обрабо Лот оораО ле экстра »тамин—А& рамный ДБ, <ции В КС) " - --- 1.МАХ; г1Г \ » 1 r

шоле. \ i 1 / / i

у 1 1

40

35 30 25 20 15 10 5

Рис. 1 ИК-спектры Ляодунского бентонита ( ЛБ),обработанного КПАВ

о

взаимодействия КЛАВ не только с поверхностью минерала, но и активными центрами его объёма. Такое предположение позволяет объяснить наблюдаемое некоторое увеличение размера частиц дисперсной фазы(с!ч>= 9,0 мкм) в углеводородной среде при олеофилизацш поверхности.

Исследозаны факторы, влияющие на свойства и структурирующую способность органобентоиитов: концентрация глины и модификаторов, температура модифицирования, наличие полярного диспергатора, способ промывки и сушкн.

Качество получаемых органобентонитов, их структурообразующую и стабилизирующую способность, оценивали по изменению стандартных технологических параметров базовой эмульсии или модельной суспензии орга-ко глины в углеводородной дисперсионной среде.

Степень олеофилизации и диспергирования органоглшз в различных дисперсионных средах оценивали по специально разработанной экспресс-методике, основанной на определении объёма осадка (олеогеля) в суспензии органоглины (1,0 г.), диспергированной в п-ксилоле или декане,через 3 и 24 часа. За критерий оценки устойчивости олеогеля принимали

где Р,- коэффициент устойчивости олеогеля ОГ в органических жидкостях за время I, равный отношению седиментационного объёма олеоге-ля(суспензии) V, к общему объёму олеогеля(суспензии) - У0(15 см3). При оценке влияния полярных добавок навестку ОГ снижали до 0,15 г.

Установлена связь между строением олеофилизатора и структурообразующими свойствами получаемой органоглины.

В таблице 3 приводятся данные по подбору модификатора (ЧАС) и соотношения олеофилизатор: глина.

Показано, что эффективность одеофилизаторов повышается с увеличением длины алкильньд радикалов ЧАС, содержащих как один (АБДМАХ ), так и лза (ДАДМАХ) алкильных радикалов.

Таблица 3

Показатели инвертных эмульсий с ОГ на основе ЛБ с различными соотношением

глины и олеофилизатора

Соотношение глины и ЧАС в органоглияе 1 ¿Irquad VCD-80 Arquad НТВ-75 Arquad 2С-75 Arquad 2НТ-75

РзД4ет СНС, дПа PvzF СНС.дПа СНС, дПа СНС, дПа

1 мин 10 мин 1 мин 10 МИН 1 мин 10 мин 1 мин 10 ■MWp

10:3.0 0.4/0.3 0 6 0.42/0.5 2 9 0.5/0.4 4- 10 - -

10:3.5 0.5/0.4 2 6 0.52/0.43 б 12 0.6/0.5 16 26 - - -

10:4.0 0.6/0.5 6 28 0.63/0.52 13 25 0.75/0.7 31 39 0.6/0.55 12 35

10:4.5 0.65/0.55 12 34 0.75/0.58 22 38 0.85/0.75 36 42 0.7/0.65 29 42

10:5.0 - - - 0.8/0.6 26 31 0.85/0.78 40 40 0.8/0.75 36 56

10:5.5 - - - - - - ■ • - 0.85/0.8 40 48

10:6.0 - - - - - - - - - 0.9/0.85 41 55

У всех ИЭР 500 В; Стандартная эмульсия (1.0 % ОГ )

Таблица 4.

Исследование неорганических модификаторов и способа получения на качество ОГ на основе Ляодунского бентонита

Образец Неоргани. Способ Рзча» Приме-

ЧАС Соотношение модификатор * получения П-КСИДРД-"'** декан чание t°

Arguad 10:5 Na2COj "коллоид. 0.85/0.12 20u-40° С

НТВ-75 10:5 CHjCOOH 0.85/0.13

10:4 Na2C03 _ „ _ 0.90/0.12 20U-40UC

Arguad 10:5 NajCOj — " — 0.95/0.14

VCD-80 10:4 СНзСООН — " — 0.95/0.13 — " —

10:5 CHjCOOH — " — 0.95/0.15

10:5 NajCOj _tr_ 0.96/0.17 20UC

10:6 Na3COj 1.00/0.23 _ fí _

10:5 CH3COOH _"_ 0.98/0.20

10:6 CH3COOH __ 1.00/0.25 _»_

Arguad 10:5 Na2CO} _ // __ 1.00/0.30 60°C

2НТ-75 10:5 CH3COOH _ ft _ 1.00/0.30 60°C

10:5 Na2C03+ 2% метанол _ t> __ 1.00/0.35 20°C

10:5 CHjCOOH +1% ПК — " M 1.00/0.40 20°C

10:5 _ H _ 1.00/0.45 60°C

10:6 _ — 1.0/0.5 — í/ __

Алкилбензилдиметил аммоний хлориды ( Arquad НТВ-75 ), содержащие один длиный радикал ( С« - Сц ) и бекзильный радикал, менее эффективны, чем даалюшдиметаламмоний хлорид (Arquad 2С-75 ), содержащие в основном два сравнительно коротких ( С]2 - Си) радикала, но не содержа-

/

щий бензильного радикала. Из этого следует, что наличие в молекуле ЧАС бензольного радикала при модифицировании Ляодунского бентонита нежелательно.

Концентрация ЧАС сильно влияет на структурирующие свойства орга-нобектонитов, особено после термостатирования эмульсий. Видно, что при изменении соотношения олеофилизатор : глина структурно-механические свойства получаемых органоглин изменяются экстремально.

Оптимальное соотношение для исследуемых ЧАС находится в пределах от 10 : 5 до 10 : 7, что соответствует полному покрытию поверхности минерала бимолекулярным слоем органических катионов.

Экспериментальные результаты, представленные в таблице 4, показывают на влияние неорганических модификаторов, полярных диспергаторов и способа получения на свойства ОГ.

Были проведены исследования по выбору температуры сушки синтезированного органобентонита на основе Ляодунской глины. Лучшими свойствами обладали образцы, высушенные до постоянной массы при температуре 100-130° С и с остаточной "влажностью" 4-6 %. (рис. 2 и 3 ).

Проведенные экспериментальные исследования показали, что глины Ляодунского месторождения являются перспективным сырьем для получения органоглин. После описанной выше модификации Ляодунского бентонита может быть получена органоглииа ( рис 4. ), которая по качеству превосходит органобентонит ВНИИБТ и не уступает ряду зарубежных образцов органоглин (Бентон 910, УО-б9 и др.).

Разработана принципиальная схема получения органоглин на основе Ляондунской бентонита. ( рис. 5).

^ 'л -

1 ! |

1 2 -Асханск •Ляодунс «й + ДОХ кий + ДС МАХ ДМАХ

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Рис.3 Зависимости РдгОВ от влажности,%

1 2 3 4 5 6

п-ксил ол

1 г

0,8 -0,8 -0.4 -

1 2 3 4 5 в

декан

Рис.4. Диаграмма диспергирования ОГ в п-ксилоле и декане Примечание: рзп4- коэффициентустойчивости; 1 - ОБ ( ВНИИБТ ); 2 -HVS; 3 - Truvis; 4 - VG-69; 5 - Бентон 910; б - Ляодунский ОБ.

Приготовление глииистой суспензии

Обработка неорганическим модификатором

Условия:

Концентрация глинистой суспензии не выше 5%; Перемешивание суспензии осуществляется при 20°С.

Условия: Модификаторы:

1). СНлСООН ( леденая ) не более 50% на массу глины

2). ЫагСОз не более 7 % на массу глины.

Условия: Т= Ю0-130°С Остаточная влажность составляет 46%

Перемешивание при 20 С

Синтез ОГ

Приготовление 2-4 % раствора ЧАС, перемешивание осуществляется при температуре 20°-б0°

Т= 60"С

Соотношение ЧАС : глина - 5~7:10.

ю о

диспергатор

1)1% Пропиленкарбонат или 2 % метанол.

Рис

5

, Приципиальиая технологическая схема получения ОГ из Ляодунского бентонита.

В третьем разделе приведены результаты исследований по разработке новых рецептур и технологии приготовления буровых и технологических жидкостей на углеводородной основе с учетом особенностей состава и свойств органоглшш,эмульгатора и дисперсионных сред.

Дана характеристика дисперсионных сред для РУО, определены требования к их физико-химическим свойствам и групповому составу, которые связаны со способностью к диспергированию и растворению органоглин, эмульгаторов, играют важную роль в стабильности коллоидных систем.

Установлено, что нефти большинства месторждений Китая тяжелые, вязкие , с высоким содержанием парафинов и по этой причине мало пригодны при приготовлении РУО. На примере нефти месторождения Чунюань, анализа её физико-химических свойств и фракционного состава показано, что в качестве дисперсионной среды могут служить только продукты её переработки.

С целью снижения экологической опасности в районах бурения была сделана попытка замены традиционных дисперсионных сред - основной источник загрязнения земли, на деароматизированные продукты нефтепереработки (НТЖ- низкотоксичных жидкостей) и синтетические низкотокс.ччные органические жидкости (СУО), в частности, а-олефины, полиальфаолефины, эфирк растительных масел и животных жиров, которые обладают не только низкой токсичностью, но и высокой биоразлагаемостью.

Установлено, что ИЭР на основе НТЖ и СУО ухудшают свои технологические показатели по сравнению с ЮР на основе дизтоплива. (табл. 5 ).

Отметим снижение вязкости и структурно-механических свойств у большинства ИЭР на основе низкотоксичных и синтетических углеводородов, агрегативной устойчивости и седиментационной после термостатирова-ния. Наибольшее снижение наблюдалось у ИЭР на основе парафиновой фракции и у всех исследованных СУО, незначительное ухудшение отмечено у ИЭР на основе нафтено-парафиновой фракции. Для повышения агрегатив

Показатели свойств ИЭР на основе разных углеводородных сред

Таблица . 5.

Показатели Виды углеводороднойфазы

свойств раст- Днзтопливо Парафиновый ЬГГЖя/п а-олефин _ ПАО Ацеталь

воров при 46 °С дистилят

р.г/см1 1,03 1,01 1,02 1,03 1,01 1,03

УВгоо/юо, С 36 11 20 12 21 21

СНС|/|в,дПа 45/46 10/13 20/30 13/23 10/13 10/13

Пп«, дПа • с 35 27 29 28 50 36

1о. дПа 165 42 90 57 75 93

э,в 460 260 320 260 310 380

Термостатирование при 150 иС, 6 часов

Отстой, % - следы следы следы 1.0 -

р,г/см' 1 1,03 1,01 1,02 1,02 1,01 1,02

УВ200/100, С 40 ' 12 21 16 19 20

СНС,„о.дПа 19/23 3/6 16/3 16/32 2/3 3/6

Г)м,дПа-с 38 22 28 37 40 58

»о, дПа , 114 51 102 91 42 66

Э,В 517 130 289 180 120 190

КЗ

ной устойчивости и структурно-механических свойств ГОР, необходим либо дополнительный расход химреагентов, либо иные подходы, связанные с совершенствование технологии приготовления ГОР.

Роль типа дисперсионной среды подтверждает оценка степени диспер-гируемости органоглин и устойчивости олеогеля в разных дисперсионных средах.Она показала, что большинство ОГ хуже диспергируются в НТЖ и СУО, особенно в жидкостях на парафиновой основе и в полиальфаолефинах. Степень диспергирования оргаяоглины на основе Ляодунского бентонита снижается до значений 0,3 - 0,4 в НТЖ„, СУО„ и СУОА, а в НТЖ„/Л и СУОПАо достигает 0,8.

Осуществлен подбор эмульгаторов и их композиций для стабилизации эмульсий , на основе экспериментальных данных дана оценка их коллоидно-химических и технолопгчесих свойств.

В качестве базовых эмульгаторов РУО нами были исследованы эмуль-тал, нефтенолы и ЭС-2. Полученные результаты показали, что эмультал и особенно его производные - Нефтенол НЗ ( 40 % -ая дисперсия эмультала в денормализате ) эффективнее и технологичнее эмульгатора ЭС -2, их использование позволяет получить ИЭР на нефти и нефтепродуктах без твердой фазы, который можно использовать в качестве жидкости для глушения скважин.

По результатам изучения физико-химических (межфазных) взаимодействий в системе " эмульгатор - дисперсионная среда " предложена более эффективная эмульгирующая композиция, включающая эфиры триэтаколамина с органическими кислотами таллового масла и низкотоксичного углеводородного растворителя ( до 60 % об ). Эффективными эмульгаторами на уровне Нефтенола НЗ, показали композиции эмультала с а-олефинами и НТЖ ( нафтено - парафинового основания). По экологическим показателям приготовленные формы эмультаторов превосходят Нефтенол НЗ и эмультал ( III -IV класс опасности ). Полученные формы ПАВ могут быть рекомендованы

для применения в качестве эмульгаторов ИЭР в районах с экологическими проблемами.

В связи с проблемами, возникающими с диспергированием ОГ и агре-гативной устойчивости ИЭР на основе НТЖ и СУО, были проведены исследования по определению оптимальной интенсивности и продолжительности /

диспергирования компонентов на каждой стадии приготовления ИЭР и по изменению порядка ввода реагентов, а также различных полярных диспега-горов. Установлено, что одной из причин снижения агрегативной устойчивости ИЭР при переходе с ДТ на НТЖ и СУО является недостаточная степень диспергирования органоглины , эмульгатора и водной фазы в таких дисперсионных средах.

Разработана технология приготовления ИЭР ( особенно для деаромати-зированных дисперсионных д>ед ), включающая применение эффективных эмульгаторов, предварительное интенсивное диспергирование ОГ в присутствии полярных добавок и нетрадиционный порядок ввода реагентов, позволяет получить агрегативно устойчивые эмульсии на НТЖ и СУО с требуемыми структурно-реологическими свойствами.

Проведенные исследования по влиянию на устойчивость глинистых и соленосных отложений показали, что разработанные ИЭР на основе органрг-лнн и приготовленные с учетом свойств дисперсионных сред, обладают низкими разупрочняющими действиями по отношению к такого рода породам.

Установлено, что указанные растворы практически не оказывают отрицательного влияния на коллекторские свойства продуктивных пластов.

25 Выводы:

1. Разработаны новые рецептуры РУО и технологии их приготовления с учетом особенностей состава и свойств структурообразователя-органоглины, эмульгатора и дисперсионных сред, синезированных на базе сырья Китая.

2. Определены физико-химические характеристики бентонита Ляодунского месторождения и показана возможность его использования для синтеза орга-ноглин модификацией структуры неорганическими и органическими реагентами. В выбранных условиях модификации бентонит обрабатывали уксусной кислотой (2:1) или карбонатом натрия (14:1) и органическими четвертичными аммонийными солями (ЧАС), взятыми в массовом соотношении (10:5—10:7). В качестве органического модификатора наиболее эффективны ЧАС: диметилдиалкильные производные, с группами содержащими не менее 16 атомов углерода. Установлены условия синтеза органобентонита : соотношение реагентов, порядок их смешения, температура процесса и степень осушки органобентонита.

3. Разработана экспресс-методика оценки эффективности органоглин ва основе их способности к диспергированию в различных типах углеводородов. С помощью згой методики установлены параметры структурообразо-вания органоглин в дисперсионных средах различного углеводородного состава.

4. В качестве дисперсионной среды РУО исследованы нефти Китая, их продукты переработки - среднедистилятные фракции, нефтепродукты, деам-роматизированные и синтетические органические жидкости с низкой токсичностью и высокой биоразлагаемостью. Показано, что при снижении' содержания ароматических углеводородов уменьшается токсичность РУО, но одновременно - и нх агрегативная и седиментационая устойчивость. Для повышения стабильности РУО" разработана технология приготовления и применения новых рецептур РУО с учетом особенностей состава и свойств

струкгурообразователя - органоглины, эмульгатора и дисперсионных сред, полученных на базе сырья Китая.

5. По результатам изучения физико-химических (межфазных) взаимодействий в системе * эмульгатор - дисперсионная среда " предложена более эффективная эмульгирующая композиция, включающая эфиры триэтанола-мина с органическими кислотами таллового масла и углеводородного растворителя ( до 60 % об ). Природу растворителя необходимо варьировать в зависимости от содержания ароматических углеводородов в дисперсионной среде и экологических требований.

Список научных трудов:

1. Разработка нгакогоксичньк буровых растворов эмульсионного'типа на углеводородной основе. / В. Л. Заворо-тый, Д. О. Сидоренко, Н. В. Дудыкина, Чан Фуцюянь, Г. В. Еремеев. // Сборник тезисов докладов IX конференции " Поверхностно-активные вещества и сырье для их производства", Белгород, 1996 г.

2. Разработка гидрофобно-эмульсионного раствора для глушения скважин. / В. Л. Заворотный, Д. О. Сидоренко, Н. В. Дудыкина, Чан Фуцюянь, Г. В. Еремеев. // Сборник тезисов докладов IX конференции " Поверхностно-активные вещества и сырье для их производства", Белгород, 1996 г.

3. Чан Фуцюань. РУО для вскрытия продуктивных пластов. // Сборник тезисов докладов 50 юбилейной межвузовской студенческой конференции " Нефть и газ - 96 Москва, 1996 г.

4. Чан Фуцюань, Заворотный В. Л., Сидоренко Д. О.. Совершенствование технологии приготовлений растворов на углеводородной основе.. II Сборник тезисов докладов 2-оЙ научно-технической конференции, посвещенной 850-летию г. Москвы " Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России Москва, 1997 г.

5. Чан Фуцюань. Разработка технологии приготовления буровых растворов на углеводородной основе. // Сборник тезисов докладов 2-ой научно-технической конференции, посвещенной 850-летию г. Москвы " Актуальные проблемы состояния и развитая нефтегазового комплекса России ". Москва. 1997 г.

. б. Чан Фуцюань, Сидоренко Д. О. Модификация реагентов-структурообразователей для буровых растворов. /У Сборних тезисов докладов второй всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России " Новые технологии в газовой промышленности М., 1997 г.

7.. Чан Фуцюань, Сидоренко Д. О. Влияние углеводородных сред на диспергирование органобенгонитв // Сборник тезисов докладов второй всероссийской конференции молодых ученья, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России " Новые технологии в газовой промышленности М., 1997 г.

8. Сидоренко Д. О., Чан Фуцюань. Оценка экологической опасности дисперсионных сред буровых растворов на углеводородной основе. // Сборник тезисов докладов второй всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России " Новые

технологии в газовой промышленности ", М., 1997 г.

4

Y