автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка полимерных комплексных реагентов для систем буровых растворов недиспергирующего типа

НПО "Бурение"

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам (ВНИИКРнефть)

На правах рукописи

ГОЛИКОВА Наталья Алексеевна

УДК 622.244.442.063.2

РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСНЫХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ СИСТЕМ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НЕДИСПЕРГИРУЮЩЕГО ТИПА

Специальность 05.15.10 - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар -1992

Работа выполнена во Всесоюзной научно-исследовательской в проектном институте по креплению сквадин и буровым растворам (ЕНИИКРнефть).

Научный., руководитель - доктор технических наук, профессор Пеньков Л.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, г.н.с. Резниченко И.Н., доктор химических наук, доцент Стрияов Н.К.

Ведущее цредцриятие - производственное объединение "Красно-ленинскнефтегаз".

Защита состоится <Р " С^ЮЛлЛ 1992 г. в 9 часов на заседании специализированного совета Д 104.04.01 Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института по креплению скважин и буровым растворам при ШГО "Бурение" по адресу: 350624, г.Краснодар, ул. Мира, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 3 " иЛОЮА' 1992 г.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью организации, цросим направлять по указанному адресу на имя уче-. ного секретаря специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного ^ у

совета кандидат технических наук Рябова

"""Актуальность проблемы. Дальнейшее совершенствование про-ывки сквааин в значительной степени зависит от наличия эффектных реагентов для буровых растворов.

В мировой практике бурения предпочтение отдается водораст-зримым порошкообразным реагентам комплексного действия, налри-эр среди стабилизаторов буровых растворов - синтетическим полиэрам, способным в широком диапазоне температур снижать скорость гфильтровывания водной фазы, ингибировать набухание и дисперги-эвание глинистых пород, обеспечивать требуемые реологические эойства. Такие реагенты позволяют уменьшать число компонентов составе бурового раствора, их удобно транспортировать в труд-доступные районы, они технологичны и требуют■минимальных зат-1Т времени на подготовку.

В России налажен выпуск синтетических полимерных карбоно-а кислот (ПКК) - М-14, метаса, стиромаля,- в определенной стеши обладающих такими свойствами. Однако они растворяются толь> в водно-щелочных растворах, что требует доставки на скважину шолнительных реагентов и проведения там операции нейтрализа-ш-рас творения.

Производство водорастворимых порошкообразных модификаций > ранее предложенным технологиям трудно осуществимо даже в ус-шиях химических предприятий. В связи с.этим актуально созда-[е новых водорастворимых солей ПКК или композиций на их осно-», обеспечивагщих ингибирование глинистых пород и получаемых порошкообразном ввде по простым технологиям, осуществимым на юдприятиях отрасли.

Цель работы. Повышение технико-экономических показателей роительства скважин за счет совершенствования буровых раство-в путем создания водорастворимых порошкообразных сыпучих реа-нтов недиспергирупцего типа на базе аммонийных соединений

доступных полимерных карболовых кислот.

Основные задачи исследований

1. Подбирать полимерную матрицу (из ряда сополимерных ЕКК) обеспечивающую необходимые технологические свойства и товарный вид реагента.

2. Определить ингибирупцее влияние растворяющего противо-иона и молекулярной массы ПКК на набухание высококоллоидального бентонита.

3. Разработать технологию, получения порошкообразных аммонийных солей ПКК и водорастворимых композиций на их основе.

4. Проанализировать свойства порошкообразных реагентов и их водных растворов (увладняемость, слеживаемость, тормостабилъ ность, устойчивость к механической и химической деструкциям).

5. Оценить влияние комплексных реагентов на свойства модельных буровых растворов.

6. Провести испытания в промысловых условиях оштно-промын ленной партии новых реагентов.

7. Рассмотреть возможности дальнейшего совершенствования полученных реагентов цутем расширения ММР полимерной штрицы.

Научная новизна. Показано влияние содержания метакрилово! кислоты в ее сополимерах с более гидрофобными мономерами на свс ства водных растворов.

Установлены лучшие ингибирующие свойства ашонийных и 1уа-нвдиновых солей сополимера М-14 на набухание бентонита по сравнению с щелочными и этаноламиновыми солями.

Выявлено влияние молекулярной массы ПКК на ингибирущие свойства растворов.

Изучена кинетика взаимодействия М-14 с карбонаш ашония и углеашонийной солью; определены энергии активации.

Установлена возможность растворения M-I4 в воде с помощью солей, способных к ионному обмену с полимером; определено влияние соотношения M-I4 : соль на свойства водных и глинистых растворов.

Показано, что аммонийные соли M-I4 в наименьшей степени подвержены механической деструкции и обладают достаточно высокой термической устойчивостью.

Изучены водно-физические свойства основных полимерных реагентов и показано, что аммонийная соль в наименьшей степени сорбирует влагу.

Доказана практическая неслеживаемость новых сыпучих порошкообразных реагентов.

Разработаны технологии получения порошкообразных полимерных комплексных реагентов РКП-1, РКП-2; дана оценка их технологических свойств.

Практическая ценность. Разработаны водорастворимые порошкообразные комплексные реагенты недиспергирующего типа на основе сополимера M-I4 (A.c. № 1685972; заявка № 4676278; положит, решение от 27.10.89), обеспечивающие стабилизацию глинистого бурового раствора, ингибирование набухания и диспергирование выбуренной породы, повышение устойчивости ствола скважин.

Разработана технология приготовления и применения системы бурового раствора недиспергирующего типа (РД 39-0005-90).

F^^VTO^YFm результатов работы. Разработанные технологии получения ашонийных солей и водорастворимых композиций на основе сополимера M-I4 реализованы на семеновском заводе Торный воск". Выпущены опытно-промышленные партии реагентов РКП-1 и РКП-2, которые успешно црошли предварительные и приемочные испытания на площадях ПО "Красноленинскнефтегаз" и "Нижневартовск-нефтегаз".

В 1991 г. на Талинской площади Краеноленинскими УБР-1 и ТУЕР с применением РКП пробурено около 70 эксплуатационных сква хин. Использование РКП обеспечило проведение скважин без осложнений. Экономический эффект от внедрения составил 162,1 тыс.руб

Партия РКП-2 под торговым названием СОМ-1 была продана ком бинату нефти и газа в г.Гоммерне (бывшая ГДР).

Апробашя работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на УП Всесоюзной конференции "Физико-химичес кие свойства и применение ШВ" (г.Шебекино, 1988), Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Строительство нефтяных и газовых скважин" (г.Москва, 1988), Кр евой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Строительство нефтяных и газовых скважин" (г.Краснодар, 1989), Всесоюзной конференции "Проблемы строительства скважин", посвященной 20-летиш ВНИИКРнефти (г.Краснодар, 1990), на семина ре лаборатории термостойких буровых растворов ВНИИКРнефти (г. Краснодар, 1992).

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 192 страницах машинописного текста и состоит из 2 глав, основных вы водов, 49 рисунков, 33 таблиц, списка литературы из 161 на менования и _3_приложений на 12 страницах.

Цуфдитсяттои. Основные положения диссертационной работы изложены в 12 печатных работах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимост результатов.

В первой главе приведен обзор современных методов ингиби-рования гидратации и диспергирования глинистых пород и основных реагентов, применяемых для этих далей в СНГ и за рубежом.

Отмечен большой вклад в разработку физико-химических методов ингибированля глинистых пород отечественных исследователей: Белова В.П., Гарьяна С.А., Городнова В.Д., Кистера Э.Г., Кудря-иова Б.Б., Липкеса М.И., Мариампольского H.A., Пенькова А.И., Рябченко В.И. и др.

Проведен анализ работ зару.бешшх исследователей: Грея Дк.Р., Дарли Г.С.Г., Скенлея К.С., Джонса Р.Д., Корлея В.Т., Дниллен-эотора К.Е. и др.

Многообразные приемы ингибирования рассмотрены в соответст-эии с их целевой направленностью:

- модификация водной фазы;

- модификация поверхности глинистых частиц;

- частичное изменение природы обменного комплекса глин;

- капсулирование глин полимерами.

Каядый из перечисленных приемов был опробован при бурении ¡кваяин как в чистом ввде, так и, главным образом, в комбинации с другими.

Модификация жидкой фазы в простейших случаях осуществляется за счет поддержания более высокой концентрации электролита NaC2 и т.п.) в растворе, чем в проходимых породах.

Ингибируыцее действие некоторых органических гидрофильных еществ, нацример глицерина, полиглицеринов, их эфиров и сме-ей, определяется большим сродством вода к глицерину, чем к ш-е. Аналогично влияние других многоатомных спиртов - производ-ых ксилита, гликолей, полигликолей, этиленгликолей, полиэтилен-лшсолей, моноэтаноламина.

В большинстве случаев ингибирование достигается за счет модификации твердой фазы, приводящей к снижению ее гидрофилъ-ности. Так, гддрофобизация обеспечивается ГКЖ, метилсиликатом, метил(этил)силиконатом натрия, силанолятом калия, различными ПАВами.

В ряде систем эффективными добавками являются комплексоны полифункциональные органические соединения (НТФ, гуандшш, цианамид, соли гуанидина, азодикарбонамид и т.д.), способные образовывать прочные хелатные соединения почти со всеми катионами металлов.

Нестабильность глины снижается также при образовании на по верхности глинистых частиц нерастворимых минеральных соединений, являвдихся результатом взаимодействия минералов глины, например с известью.

Набухание и диспергирование, обусловленные гидратацией, частично уменьшаются при введении в буровой раствор солей, содержащих ионы, способные к обмену с ионами обманного комплекса глины. Прочность кластеров глинистых минералов повышается с уменьшением радиусов гвдратированных катионов в ряду:

Мд>и>Са>Ьа>№ »ИН^К^ > Съ .

По экономическим и экологическим причинам на практике используются соли калия и ашония. Традиционные источники ионов К* (КОН, КС1) имеют ряд недостатков. В связи с этим рекомендуется использовать К-фосфатные соли и диаымонийфосфат.

Зависимость ингибирущей способности солей от характера аниона определенно проявляется в солях низших карбоновых кислот - ацетатов, формиатов.

Важная роль при создании недиспергирупщх буровых раство-

ров принадлежит полимерам, инкапсулирующим глинистые частицы и замедляыцим процессы набухания и диспергирования. Эффектив-яость капсулирования зависит от прочности связи макромолекулы з поверхностью глинистых частиц.

Неионогенныв полимэры (ОЭЦ, ПВС) адсорбируются на поверхности за счет относительно слабых дисперсионных сил, водород-шх связей, ион-дипольных взаимодействий.

Наиболее прочные связи с глинистыми частицами образуют не-зрганические и органические поликатионные полимеры, которые взаи-юдействуют с отрицательно заряженными плоскими поверхностями глинистых частиц. Однако такие реагенты требуют определенного фемени для взаимодействия с глинами, работают лишь при относи-;ельно небольших концентрациях карбонатов и определенных рН, не ■■очетаются со многими реагентами в промывочных жидкостях.

В большей степени для ингибирования набухания и диспергиро-1ания применяются полианионные полимеры, адсорбирующиеся на по-:ожитально заряженных ребрах глинистых частиц. Из неорганических реагентов полианионного типа используются в основном соли ремниевой кислоты. Среди органических полимеров - ПАА, акрило-ые реагенты (М-14, метас, НР-5), КЩ, сополимеры винилацетата малеиновым ангидридом, азотсодержащие полианионные полимеры, тмечается влияние концентрации, степени омыления и молекуляр-ой массы ПАА на ингибирунцие свойства растворов. Предложен сосав бурового раствора, содержащий несколько полимерных загусти-елей: полимер для снижения фильтрации и органический высокомо-экулярный флокулянт (от 0,5 до 15 мин). Для усиления ингибиру-дего действия рекомендуется вводить растворимые соли калия, ам-эния, алюминия, железа и т.д.

Наряду с этим очевидна тенденцйя создавать химреагенты вы-жомолекулярной природы, в которых необходимые ионы были бы

неотъемлемой частью химической структуры. Так, вместо натриевой соли КЩ рекомендуется ее калиевая соль, что обеспечивает значительно больший ингибирующий эффект.

На основании литературных данных показана целесообразность создания комплексных реагентов - полимерных солей с катионами, способными к обману с катионами обменного комплекса глин. Такие соли можно получать исходя из синтетических полимерных карбоно-вых кислот, выпускаемых отечественной промышленностью - М-14, метаса, стиромаля.

Учитывая современное распределение объемов бурения по регионам (в основном в труднодоступных районах), перспективны прежде всего реагенты, представляющие собой сухие сыпучие порошки. В обзоре приводятся сведения о методах получения солей синтетических ПКК.

Во второй главе цриводится описание объектов, приборов и методов экспериментальных исследований.

В третьей главе рассмотрены особенности шкромолекулярных характеристик сополимеров акриловой (АК) и метакриловой (МАК) кислот и их влияние на ингибирупцие и другие свойства реагентов.

Цриведены результаты компьютерного синтеза и анализа сополимеров АК и МАК с рядом отличанцихся по полярности мономеров, показывающие, что сополимеры МАК содержат меньшее количество изолированных кислотных групп и большее количество длинных кислотных блоков, что обеспечит более интенсивное взаимодействие их с глинистыми частицами.

С целью определения степени влияния второго компонента на основные свойства растворов для сополимеров МАК различных составов (от 50:50 до 90:10) исследованы некоторые показатели вод-

ных растворов, а также глинистых суспензий, стабилизированных названными реагентами.

Установлено, что о увеличением содержания МАК в сополимерах все показатели свойств изменяются не монотонно. Вместе с тем введение второго компонента во всех случаях не приводит к улучшению свойств. Наименьшие значения показателя увлажняадэй способности (П0) имеют растворы, стабилизированные полиметакрило-вой кислотой (ПМАК).

Таким образом, введение второго компонента оправдывается только необходимостью получения реагентов с нужными потребительскими свойствами: оптимальной гидрофильностью в кислой форме, сыпучестью и минимальной слеживаемостыо, оптимальным размером гранул.

Всеми перечисленными свойствами обладает выпускаемый промышленностью сополимер M-I4, состоящий из 70-80% МАК и 20-30$ Ш.

Исследовано влияние ввда противоиона в полиэлектролите (M-I4) на ингибирующие свойства растворов. Для нейтрализации аспользовались неорганические ( NaOH, КОН, NH^OH) и органи-гвскив (moho-, ди-, триэтаноламины, гуанидин) основания.

Установлено, что для полного растворения M-I4 необходиш Ю#-ная нейтрализация карбоксильных групп щелочами или 50^-ная нейтрализация водным-аммиаком и органическими основаниями.

Результаты определения П0 показали, что наибольшей эффективностью обладают гуанидиновыв соли (для 0,65^-ного водного раствора при соотношении М-14:нейтрализутацее основание = 1:1, [Q =4,4 сц/ч). Однако 1танвдин не является крупнотоннажным [родуктом и поэтому использование его в производстве реагентов i ближайшее время маловероятно.

Этаиоламгновые соли 11-14 по ингибирувдим свойствам дахе

менее эффективны, чем щелочные (П0 = 7,4-7,5 см/ч). Совсем немного уступают гуанидиновым солям аммонийные соли М-14 (П0 = 4,7 см/ч). С учетом имеющихся разнообразных возможностей получения таких солей по "сухим" технологиям они признаны наиболее перспективными реагентами.

На примере ПМАК и стиромаля исследовано влияние молекулярной массы полимерных реагентов на ингибирующие и реологические свойства их растворов. Установлено, что снижение молекулярной массы на два порядка, приводящее к такому же резкому изменению вязкости, увеличивает П0 максимум в 1,5-2 раза.

В четвертой главе рассматриваются вопросы технологии получения порошкообразных аммонийных солей сополимера М-14.

Наиболее перспективным способом получения аммонийных солей признано цроведение нейтрализации ПКК ашиаком, выделяющимся щи разложении карбоната аммония (КА). Взаимодействие ПКК с КА протекает достаточно быстро в широком интервале влажностей сополимера М-14 и приводит к получению продукта нужного товарного вида. При этом с увеличением влажности полимера возрастают скорость процесса и энергия активации.

Поскольку крупнотоннажным продуктом является углеаммоний-ная соль (УАС), содержащая массовую долю КА не более 12%, бикарбоната аммония - не более 88%, технологический регламент получения аммонийных солей Ы-14 был разработан с использованием этого вещества.

Скорость разложения УАС в присутствии М-14 заметно ниже, чем КА, и зависит от мольного соотношения аммиака, связанного в УАС, и карбоксильных групп - в М-14. Практически полное разложение УАС сополимером влажностью 20% цри 20°С наступает лишь через 8 суток. В связи с этим процесс нейтрализации М-14 угле-аымонийной солью исследовался в интервале температур от 30 до

60°С и влажности сополимера от 18 до 26$. Установлено, что повышение температуры и влажности значительно ускоряет разложение, однако при этом наблюдается слипание порошкообразного реагента и образование резиноподобной массы.

Предложен новый способ получения ашонийных солей М-14 и других ПКК. Принципиальной его особенностью является сочетание температуры на стенках смесителя 80-100°С с эффективным удалением влаги реакционным газом - С02. Благодаря этому, а также вследствие химического изменения характера поверхности частиц образуется некомкуицийся в цроцессе получения продукт, а процесс нейтрализации завершается за 20 минут.

Аммонийная соль сополимера М-14 выпущена на семеновском заводе "Горный воск" под названием РКП-2.

Технически значительно проще создавать для буровых растворов недиспергируицего типа водорастворимые композиции из ПКК с различными солями, обеспечивающими растворение полимера благодаря обменному взаимодействию, протекапцему по схеме:

КСООН + МеУ — " ЕСООМе + НУ.

Промышленные ПКК являются довольно слабыми кислотами и вы-!ор систем, в которых произошла бы их полная нейтрализация солью ¡олее слабой кислоты, ограничен. Наиболее перспективны такие сочетания полимерной кислоты с солями, когда в водной среде при сотворении достигается степень сольватации ПКК, достаточная ля перехода полимера в раствор.

Исследована растворимость сополимера М-14 (рКа = 4) в вод-ых растворах натриевых, калиевых и ашонийных солей различных ислот. Использованы соли кислот более слабых, чем М-14 (карбо-аты, силикаты), более сильных (бораты, ацетаты), а также соли аогоосновннх кислот (фосфит), у которых хотя бы на одной из

стадий диссоциации образуется более слабая, чем ПКК,кислота.

Особый практический интерес представляют результаты растворения ПКК в фосфатах, некоторые из которых сами по себе являются ингибиторами набухания.

В изученных системах полимер - растворяющая соль общий результат ингибирующего действия определяется характером полианиона, видом катиона и анионами, образующимися в результате диссоциации соли. Влияние последнего фактора на ингибируыцую способность системы изучалось на примере фосфатов калия.

Проведенные исследования показали предпочтительность использования в качестве растворяющего компонента для М-14 гидрофосфатов калия и аммония.

Поскольку Россия является одним из крупнейших в мире производителей диаммонийфосфата (ДАФ), то получение водорастворимых композиций из 11-14 и ДА.Ф полностью обеспечено растворяющим компонентом.

Водорастворимая композиция в порошкообразном состоянии получается путем цростого смешения товарного М-14 с солью в соотношениях, близких к 1:1. Такой реагент выпущен семеновским заводом "Горный воск" под названием РКП-1.

В пятой главе обсуадаются результаты исследований товарных характеристик и технологических свойств ашонийных реагентов на основе сополимера М-14.

Как известно, для полимерных порошкообразных реагентов важное значение имеет их способность сохранять исходный товарный вид, не увлажняться и не слеживаться при хранении.

Проведены исследования по определению равновесных влажнос-тей Ы-14, метаса, стиромаля. Для выяснения црироды и характера связи вода - сополимер параллельно испытаны водорастворимые по-

лимеры: полиохсиэтилен и ОЭЦ, а также различные соли М-14 -татриевая, натрий-моноэтаноламиновая, аммонийная и смесь М-14 з диаммонийфосфатом.

Полученные результаты показывают, что в делом М-14 имеет 1аименьйее сродство к воде среди испытанных ПКК, что обусловле-ю как его химической природой, так и гранульной формой.

В ряду водорастворимых солей М-14 наиболее влагоемкой яв-[яется натриевая соль, приблизительно одинаковы показатели для ¡мешанной соли и комплексного реагента с диаммофосом и, доста-•очно неожиданно, меньше исходного сополимера сорбирует влагу 1Шонийная соль. Очевидно, в процессе ее получения происходит вменение пористости материала и в результате химических прев-»ащений в поверхностных слоях гранул образуется слой, являщий-я барьером для проникновения влаги.

Слеяиваемость материалов оценена по прочности столбиков, тпрессованных из РКП-1 и РКП-2.

Установлено, что способность реагентов к слеживанию опре-еляется в основном влажностью исходного сополимера. Для полу-ения качественного реагента необходимо использовать сополимер яажностью не более 20$.

В случае РКП-2 прочность столбиков нарастает с увеличени-л содержания УАС в реагенте, полученном при комнатной темпера-рре. РКП-2, цриготовленный по "горячему методу", совершенно не наживается: образцы получить не удается, так как реагент не змкуется при давлениях до 50 МПа.

Технологические свойства буровых растворов,стабилизировался новыми реагентами, в значительной степени зависят от вдда ыонийного реагента, так как в составе РКП-1 содержится значи-шьное количество электролита, вызывающего при определенных яовиях частичную или полную коазуляцию раствора.

На основании результатов исследований свойств глинистых суспензий, стабилизированных РКП, определены соотношения М-14 и растворяющей соли в составе реагентов, обеспечивающие максимальные ингибирующие свойства при сохранении низких значений фильтрации. Для РКП-1 и РКП-2 такие соотношения находятся в пределах от 1:0,7 до 1:1.

Стабилизирующие свойства РКП оценены по показателю фильтрации глинистых суспензий, содержащих до 1% реагента (в расчете на сухой сополимер). Установлено, что резкое снижение фильтрации наблюдается только до содержания реагента 0,5$, далее оно замедляется. Повышение концентрации РКП от 0,1 до 0,5% способствует также снижению диспергируемости кернов (К = 0,08 и К= 0,25 более чем на 30$. Такая же зависимость наблвдается и для П0.

Свойства РКП-1 и РКП-2 рассмотрены также в сравнении с ранее разработанным реагентом Лакрис-20 Б, представляпцим собой натриевую соль сополимера М-14. Исследованы свойства 4,5$-ной глинистой суспензии, обработанной различными количествами товарных порошкообразных реагентов, содержащими 0,5% полимерной матрицы. В данных условиях РКП-1 и РКП-2 обеспечивают снижение диспергируемости керна (К = 0,39) по сравнению с Лакрисом-20 соответственно на 25 и 50% и показателя П0 - на 20 и 30% как до тер-мостатирования, так и после прогрева при 180°С.

Ингибирупцие свойства РКП оценены в сравнении с другими известными полимерными реагентами: Лакрис-20, КЫЦ-600, метас, сайпан. Показано, что РКП-1 и РКП-2 обеспечивают значительно большее ингибирующее воздействие.

Влияние реагентов на качество вскрытия продуктивных горизонтов исследовано на моделях кернов. Показано, что буровой раствор, стабилизированный РКП, оказывает незначительное влияние на

изменение проницаемости кернов ( ji = 98,5%).

Работоспособность реагентов оценена также по их устойчивости к термической, механической и окислительной деструкциям.

Температурные возможности аммонийной и натриевой солей сополимера M-I4 рассмотрены в системе малоглинистого пресного бурового раствора. Термостойкость реагентов определялась по изменению показателя фильтрации после прогрева раствора при заданной температуре в течение 2, 6, 8, 12 часов. Установлено, что характер зависимостей фильтрации растворов, обработанных 0,5% полимеров,от времени прогрева (при 250 и 270°С) не совпадает. По-видимому, в растворах с аммонийной солью наблюдается вначале частичная сшивка полимера, способствующая лучшей стабилизации раствора и сохранению низких значений фильтрации. Дальнейшая ^градация приводит к значительному ухудшению фильтрационных саракгеристик.

Изучено влияние прогрева на технологические свойства ми-шрализованных буровых растворов, стабилизированных 2$-ными ам-юнийной (РКП-2) и натриевой (Лакрис-20) солями сополимера M-I4. 'астворы, содержащие 20$ хлористого натрия, в течение 6 часов :одвергали термообработке при 180, 200, 220, 240°С. Установле-:о, что аммонийная соль сополимера M-I4 как стабилизатор буро-ых растворов превосходит натриевую, обеспечивая улучшение как ильтрационных, так и реологических характеристик стабилизиро-анного бурового раствора, повышает его термостойкость.

Таким образом, в целом результаты свидетельствуют о том, го адаонийная соль M-I4 может служить не только реагентом для ютворов недиспергирувдего типа, но и входить в состав высоко-змпературных промывочных жидкостей.

Устойчивость реагентов к механодаструкцаи изучена в цро->ссе криолиза при фазовых переходах жидкое - твердое в цикле

замораживание - размораживание. Установлено, что наиболее устойчива к криолизу аммонийная соль М-14. Свойства растворов, стабилизированных натриевой солью, существенно изменяются. В наибольшей степени деструктируют этаноламиновые соли, в которых наличие крупных заместителей благоприятствует появлению участков повышенных напряжений. Однако такие реагенты проявляют болыцую устойчивость при термоокислительной деструкции.

В шестой главе описаны возможности совершенствования реагентов типа РКП за счет расширения молекулярно-массов ого распределения исходного сополимера М-14ВВ; Представлены результаты исследований, показывающие, что расширение МИР реагентов в сторону меньших молекулярных масс в делом благоприятно сказывается на свойствах буровых растворов. Так, для раствора, обработанного 0,2% М-14 ВВ и 0,3% М-14 НМ, с молекулярной массой около 10 тыс. (вместо 0,5% М-14 ВВ) фильтрация при некотором увеличении при нормальных условиях (от 5 до 7 см3) заметно умен] шается при 180°С (от 25 до 18 см3). Растворы в меньшей степени загущаются реагентом, сохраняют тиксотропию, улучшаются их ин-гибирующие свойства. Вместе с тем получение М-14 НМ достаточно сложно.

Совместно с КПИ разработана новая технология бимодального сополимера (М-14 ЕМ), которая может быть реализована на существующем оборудовании. Она основана на использовании тех же мономеров и отличается только порядком загрузки реагентов и количеством инициатора.

В буровых растворах, обработанных М-14 Ш, вязкость начинает увеличиваться только при массовой доле реагента 0,5% и выше. Такие растворы имеют и более низкие показатели фильтрации и П0.

Таким образом, совершенствование технологии синтеза сополимера, направленное на увеличение его полидисперсности, позволяет создать более емкие по твердой фазе буровые раствора и, при достаточно хороших ингибирукщих свойствах, обеспечить большую эффективность реагентов.

В седьмой главе изложены результаты опытно-промьшшенного внедрения реагентов РКП-1, РКП-2. Опытно-промышленные партии РКП-1 (100 т) и РКП-2 (30 т) были выпущены семеновским заводом "Горный воск" в соответствии с 17 39-0147009-005-88.

Предварительные испытания, проведенные на Талинской площа-ци ПО "Красноленинскнефтегаз" при бурении скв. 4499, к. 178 и ;кв. 3883, к. 98 показали преимущества новых реагентов перед 1звестными (НР-5, КМЦ, матас) при транспортировке, хранении I приготовлении растворов, РКП обеспечивали также более высоте ингибирувдие и стабилизирующие свойства.

Приемочные испытания системы бурового раствора недисперги-умцэго типа на основе РКП-2 и низкомолекулярного разжигателя ДД-4А проводились на скважинах ПО "Нижневартовскнефтегаз". При-енениэ такой системы обеспечило сокращение времени на подгото-ительно-заключительные работы более чем в 2 раза, коммерчес-эя скорость возросла в среднем на 278 ч/ст-мес.

В 1991 г. на Талинской площади Красноленинским УБР-1 и ГЕР с применением РКП пробурено 67 эксплуатационных скважин. СП показали себя эффективными заменителями импортного реаген-1 сайпан, так как обеспечивали практически одинаковые средние жазатели бурения, не требовали времени на подготовку; расхо-[ сайпана и РКП на скважину были близки. По сравнению с метам РКП обеспечивал прирост механической скорости бурения на %, при этом значительно сокращалось время подготовки (0,5 ч,

вместо 24 ч для метаса) и расход реагента. При бурении в неустойчивых глинистых отложениях применение РКП обеспечило сохранение номинальных диаметров скважин.

Благодаря РКП проводка скважин осуществлялась без осложнений, значительных проработок, посадок и затяжек инструмента. Экономический эффект от внедрения РКП в ПО "Красноленинск-нефтегаз" составил 162,1 тыс.руб.

Партия РКП-2 (Ют) под торговым названием СОМ-1 была продана комбинату нефти и газа в г.Гоммерне (бывшая ГДР), где проверялась в лаборатории и прошла промысловые испытания при бурении глубоких скважин (около 7000 м).

Результаты испытаний подтвердили возможность применения СОМ-1 (ГКП-2) в качестве термостойкого понизителя фильтрации буровых растворов в слабоминерализованных средах. СОМ-1 показал себя эффективнее Темполя, Хостадрилла Н 2825 и метаса. Вмес те с тем расход реагента в соленасыщанных буровых растворах составлял не менее 2%. Очевидный положительный эффект был достигнут при сочетании СОМ-1 с Хостадриллом в массовом соотношении 1:1, когда обеспечивалось резкое снижение фильтрации и усилени< недиспергирунцих свойств бурового раствора. Комбинированный ре<' гент такого состава использовался при бурении скважины Шверин-

основше вывода и ржомецдщш

1. Разработаны составы полимерных комплексных реагентов (РКП-1, РКП-2) для систем буровых растворов недиспергирупцего типа, обеспечивающие повышение технико-экономических показателей бурения и качества строительства скважин.

2. С помощью компьютерного синтеза и анализа сополимеров

амиловых-кислот осуществлен выбор полимерной матрицы - основы комплексных реагентов.

Показано, что сополимеры МАК содержат меньшее количество изолированных кислотных групп и более длинные кислотные блоки.

3. Установлено влияние второго компонента в сополимерах МАК, природы противоиона в солях М-14 и молекулярной массы полимерных реагентов на ингибирующие и реологические свойства их растворов.

Доказано, что состав выпускаемых промышленностью ПКК (М-14, иетас, стиромаль) определяется презде всего требованиями технологии полимеров, а не оптимальностью их характеристик как реагентов для буровых растворов.

Увеличение содержания МАК в сополимерах повышает их способность ингибировать набухание глинистых пород.

В наименьшей степени увлажняют глину ашонийные и гуаниди-ювые соли сополимера М-14.

Исследованиями на модельных реагентах с известной молеку-шрной массой установлена небольшая зависимость показателя ув- • 1ЯЖНЯЩ6Й способности от величины молекулярной массы.

4. Разработана технология получения аммонийных солей М-14 утем смешения М-14 с УАС при комнатной температуре и атмосфер-ом давлении.

Смешение компонентов при 80-100°С обеспечивает получение ыпучего материала и снижает его влажность за счет уноса влаги ыделягщимся С0£.

5. Разработана технология получения водорастворимых ком-озиций из Ы-14 и солей, способных к ионному обмену с полиме-эм. Лучшими для растворов недислергирупцего хила являются ком-53ИЦИИ из 11-14 ж гидрофосфатов ашония и калия. Эффективность

таких реагентов существенно выше, чем смесей тех ке количеств фосфатов с водорастворимыми реагентами.

6. Установлена способность разработанных реагентов (РКП-1, РКП-2) сохранять исходный товарный вид при хранении. Аммонийная соль сополимера М-14, полученная по новой технологии, обладает наименьшей влагоемкостью при хранении по сравнению с известными реагентами и не слеживается даже при высоких давлениях. Получение неслеживащихся реагентов из М-14 и ДАФ возможно при влажности ПКК не свыше 20%.

7. Показано, что лучшими стабилизирующими свойствами обладают реагенты, полученные при соотношениях ПКК:растворяющий ком понент, близких к 1:1 (ЕКП-1, РКП-2).

Буровые растворы, обработанные РКП-1 и РКП-2, по сравнению с раствором, обработанным Лакрис-20, обеспечивают снижение дис пергируемости кернов на 25-50$ и показателя увлажняющей способности - на 20-30$ как до термостатирования, так и после прогрева при 180°С.

Соленасыщенные буровые растворы, содержащие 2% РКП-2, имеют более низкие значения фильтрации, чем растворы на основе Лак рис-20, после прогревов при 180-240°С.

8. Установлено влияние противоиона в солях сополимера М-14 на работоспособность реагентов. РКП-2 наиболее устойчив к механической деструкции, этаноламиновые соли - к термоокислительной Стабильность аммонийных солей заметно повышается при нагревании при температурах ниже критических температур начала интенсивного разложения полимера. При температурах до 250°С в течение 10 часов РКП-2 является более термостабильным, чем Лакрис-20, понизителем водоотдачи буровых растворов.

9. Разработана технология получения бимодального по моле-

кулярным массам M-I4, в меньшей степени влияющих на реологические свойства буровых растворов.

10. Новые полимерные комплексные реагенты использовались в ПО "Нижневартовскнефтегаз" и "Красноленинскнефтегаз". Экономический эффект от применения (на ноябрь 1991 г.) составил 162,1 тыс.руб.

РКД-2 использовался при бурении глубоких (около 7000 м) скважин Шверин-I и Цудагла-1 на территории бывшей ГДР.

На основании лабораторных и промысловых испытаний разработана инструкция по приготовлению и применению системы бурового раствора недиспергирующего типа (РД 39-0005-90).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. A.c. 1685972 СССР, МКИ С 09 К 7/02. Способ получения порошкообразного водорастворимого реагента - стабилизатора буровых растворов/ И.В.Чеников, Н.А.Голикова, А.И.Пеньков и др. :cccp).- Ü 4676278/23-03.- Заявлено И.04.89.- Опубл. 23.10.91.-Зш. № 39.

2. Чеников И.В., Голикова H.A. Изотермическая технология ¡ыпучих водорастворимых солей полимерных карбоновых кислот.-¿аснодарский политехн.институт.- Краснодар, 1987.- 5 е.- Деп. | НИИТЭхим, № 1428-хп 88.

3. Чеников И.В., Голикова H.A. Методы получения сухих со-:ей синтетических полимерных карбоновых кислот.- Краснодарский олитехн.институт.- Краснодар, 1988.- 17 е.- Деп. в НИИТЭхим,

634-хп 88.

4. Чеников И.В., Голикова H.A. Влияние природы сомономера а поверхностно-активные и другие свойства сополимеров метак-ыовой кислоты// Физико-химические свойства и применение ШВ.-зз.докл.- Шебекино,- 1988.- ч. I,- С. 108.

5. Голикова H.A. Влияние низкотемпературных полимеров на реологические и другие свойства буровых растворов// Строительство нефтяных и газовых скважин,- Тез.докл.- Москва, 1988.- С. 29.

6. Аммонийная соль сополимера M-I4 - реагент для буровых растворов/ А.И.Пеньков, Н.А.Голикова, И.В.Чеников и др.// Тр. ВНИИКРнефть.- 1988.- С. 4-6.

7. Чеников И.В., Голикова H.A. Растворение полимерных кар-боновых кислот в водных растворах солей// Строительство нефтяных и газовых скважин.- Тез.докл.- Краснодар, 1989.- С. 89.

8. Чеников И.В., Костенко И.Н., Голикова H.A. Равновесные влажности полимерных реагентов для нефтяной цромышленности.-Краснодарский политехи.институт,- Краснодар, 1989,- 5 е.- Деп. в НИИТЭхим, № 701-хп89.

9. Чеников И.В., Голикова H.A. Применение низкомолекуляр ных синтетических полимеров в нефтяной промышленности,- Красно дарский политехи.институт,- Краснодар, 1989.- 12 с,- Деп. в НИИТЭхим, № 195-хп 89.

10. Новые реагенты для буровых растворов недаспергирупце-го типа/ А.И.Пеньков, И.В.Чеников, Н.А.Голикова и др.// Пробле мы строительства скважин.- Тез.докл.- Краснодар, 1990.- С. 24 26.

11. Голикова H.A., Чеников И.В., Пеньков А.И. Влияние по-лидисперсносги сополимера M-I4 на свойства его водных раствор) и глинистых суспензий// Тр. ВШИКРнефть.- 1990,- С. 4-8.

12. Инструкция по приготовлению и применению системы бур вого раствора недиспергирупцего типа. РД 39-0005-90/ С.А.Га; ян, Р.Б.Малхасьян, А.А.Чивяга и др.- Краснодар, 1989.- 8 с.