автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка реагентов для предупреждения прихватов и повышения показателей отработки долот

£

^ #

На правах рукописи

ДИХТЯРЬ ТАТЬЯНА ДМИТРИЕВНА

РАЗРАБОТКА РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПРИХВАТОВ И ПОВЫШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОТРАБОТКИ ДОЛОТ

Специальность 05.15.10 - Бурение скважин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 1997

- г -

Работа выполнена на кафедре кин Уфимского государственного тета (УГНТУ).

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты

¡урения нефтяных и газовых сква-нефтяного технического универси-

доктор технических наук, профессор Конесев Г. В.

кандидат технических наук, • доцент Мулюков P.A.

доктор технических наук, с.н.с. Крысин Н. И.

кандидат технических наук с.н.с. Исмаков Р.И.

Ведущее предприятие БашНИПИнефть

Защита состоится 5 декабря 1997г. в 15°0 часов на заседании диссертационного совета Д 063.09.02 при УГНТУ по адресу: 450062, Башкортостан, г.Уфа, ул.Космонавтов, 1.

С- диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ. Автореферат разослан У ноября 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета ■- Бахтизин Р.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Совершенствование технологии глубокого бурений нефтяных и газовых скважин в своей основе содержит задачу сокращения сроков их строительства и уменьшения стоимости метра проходки. Получение высоких технико-экономических показателей бурения и качественная проводка скважин во многом зависят от успешности предупреждения и преодоления осложнений и аварий, среди которых наиболее трудоемкими являются прихваты 'бурильных колонн. По статистическим данным сни занимают белее 50% аварийного Бремени и часто вызываются предшествующими осложнениями.

Необходимость снижения в процессе бурения затяжек, посадок колонн, сальникообразования и прихватов инструмента, становится более актуальной в связи с увеличением объема бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, где особенно значительны фрикционные и адгезионные взаимодействия колонн со стенками скважины. Соблюдение соответствующих правил и норм ведения буровых работ и применение эффективных смазочных добавок к промывочным жидкостям позволяют снизить или замедлить во времени рост сил сопротивления движению колонны при спуско-подъемных операциях и при статическом контакте бурильных труб с коркой, уменьшить вероятность возникновения прихеатоопасных ситуаций в скважине. Применение промывочных жидкостей с улучшенными смазочными свойствами в целом благоприятно воздействует на весь технологический процесс проводки скважин, снижая затраты времени и энергии на спуско-подъемные операции и вращение бурильных колонн, увеличивая долговечность бурового оборудования и работоспособность перодоразрушающего инструмента. Однако, используемые

в буровой технологии смазочные добавки недостаточно эффективны для профилактики прихватов, что обусловлено, по нашему мнению, неоднозначностью их влияния на антифрикционную и адгезионную составляющие силы трения, на структурно-механические свойства фильтрационных корок.

Целью данной работы является разработка смазочных добавок к буровым растворам для предупреждения прихватов и улучшения эффективности работы долот при проводке скважин.

Основные задачи работы:

1. Анализ и разработка требований к буровым растворам для проводки наклонно-направленных и горизонтальных стволов скважин, требований к смазочным добавкам.

2. Научно обоснованный подбор компонентов, разработка технологии получения и исследование эффективности ввода смазочных добавок в буровые растворы.

3. Составление рекомендаций по применению и подготовка документации на выпуск опытно-промышленных партий разработанных составов смазочных добавок к буровым растворам.

Научная новизна: на базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны составы смазочных добавок для улучшения противоприхватных свойств полимерглинистого раствора на оснозе реализации принципа гидрофобизации из водной среды поверхностей контакта металл - корка и обеспечивающие за счет уменьшения прочности адгезионной связи минимальное сопротивление сдвигу.

Впервые в качестве способа достижения высоких показателей триботехнических свойств растворов применено модифицирование до-баБОК цинковой или бариевой солью диалкилдитиофссфорной кислоты.

Обоснован способ биоразложения разработанных смазочных добавок я способ нейтрализации активных компонентов полимерглинис-того раствора, содержащего данные добавки, обработкой их бактериальным штаммом Июйососсиэ егуШгороШ АС 1339Д, или плесневым грибом ГизаПит эр. 1, или биопрепаратом "Родотрин" (Патент Российской Федерации N 1805097 от 9 июня 1995 г.).

Основные защищаемые положения:

1. Теоретическое и экспериментальное обоснование целесообразности применения продукта нефтехимии - кубовых остатков про-

смазочных добавок к буровому раствору при проводке скважин (применительно к регионам Западной Сибири).

2. Результаты лабораторных исследований применения для улучшения противоприхватнкх и триботехнических свойств полимерг-линистых буровых растворов смазочных добавок на основе натриевых солей кубовых остатков СНК - ОСЖК и ОСЕК, модифицированных присадками ИНХП-21 и ВНИИКП-350.

3. Состав, технология приготовления и применения к буровым растворам разработанных смазочных дсбавск.

4. Способ биоразложения смазочных добавок и содержащих их полимерглиниотых растворов.

Практическая ценность

Разработаны смазочные добавки из местного сырья к буровым

растворам. Разработаны технические услозия и технологический регламент на выпуск добавок на базе НПФ "Нефтепродукт" и временная инструкция по технологии их применения, утвержденная АНК "Башнефть". Выполнены токсикологические и гигиенические испытания, утвержденные, соответственно, НИИ нефтехимии и катализа АН РБ и Башкирским республиканским центром государственного санитарно-эпидемиологического надзора Башкортостана. Смазочные добавки прошли положительные приемочные испытания, утвержденные Уфимским У5Р и рекомендуются к промышленным испытаниям.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на:

- научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ: ХХХХ7 (1994 г.). ХХХХУ1 (13Э5 г.), ХХХХУП (1996 г.);

- конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России, г.Москва, 1995 г.:

- Есеросийской научно-технической конференции по проблемам нефтегазоперерабатывающего комплекса России, г.Уфа, 1995 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, трех основных разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы из 125 наименований, 8 приложений.

Обций объем работы - страниц машинописного текста.

включая 13 рисунков и 16 таблиц.

Автор выражает благодарность за консультации и практическую помощь при выполнении работы д.т.н., проф.Конесеву Г.В., к.т.н., доц. Мулюкову Р. А.. д. т.н., проф. Мавлютову М. Р., д. т.н., проф. Ягафаровой Г. Г.. к.х.н., доц. Шакирову Л. Г., к. т. н., доц. Труш-кину Б.Н., зав.сектором КТБ "Азимут" Асфандиярову Л.X.. аспиранту Янгирову Ф.Н., всем сотрудникам кафедры бурения нефтяных и газовых скважин УГНТУ.

Содержание работы

На природу возникновения прихвата при проводке скважине существуют различные точки зпения. Это обусловлено тем, что ппих-ваты, затяжки и посадки бурильной колонны являются следствием проявления мнокестза в совокупности действующих факторов ( зависящих от технологии бурения, траектории движения технических средстз в стволе скважины, от естественных условий залегания горных пород, пластовых давлений, температур и т.д.), отдельные из ксторых в тех или иных случаях оказывают на их возникновение превалирующее влияние.

В решении проблемы предупреждения осложнений (прихватоз), наряду с соблюдением технических правил и норм процесса бурения, важную роль играет выбор типа бурового раствора и качество промазки скважин. От вида и качества введенных в буровой раствор химических добавок, в том числе и смазочных, зависят его физико-механические свойства и. в определенной степени, свойства фильтрационных корок, а также физико-механические и физико-хими-

ческие явления на границах раздела фаз и в зоне контакта корки с поверхностью труб. По мнению ряда исследователей, в зависимости от того, какая на горных породах образовывается корка , при прочих разных условиях, определяется величина деформации ее сжатия, площадь соприкосновения и усилие страгивания бурильных труб в случае их статического контакта со стенками скважины. Исходя из этого, для предотвращения прихватоопасньк ситуаций при проводке скважин, бурозой раствор должен отвечать следующим требованиям:

- предотвращать набухание горных пород, слагающих стенки скважины, или нарушение их устойчивости;

- обеспечивать необходимые реологические характеристики и скорость восходящего потока, т.е. обладать такими свойствами, которые способствовали бы созданию турбулентного потока жидкости и пазмыв осадка на забое, структурного потока с повышенной транспортирующей способностью в кольцевом пространстве:

- иметь высокую смазочную способность;

- обеспечивать создание на стенках скзажпны при минимальном показателе фильтрации тонкой эластичной малопроницаекой фильтрационной корки с низкими фрикционными и адгезионными свойствами. Такая корка имеет меньшие значения деформации при сжатии по сравнению с коркой, имеющей большую толщину и рыхлую структуру. Она характеризуется малой скоростью роста площади контакта с бурильными трубами, что, несомненно, должно замедлять во времени силу прихвата.

Снижение величины силы прихвата достигается также и в том случае, если фильтрационная корка, наряду с вышеперечисленными свойствами, будет иметь граничный слой, снижающий силы сопротивления на сдвиг в паре металл - корка.

Добиться получения такой фильтрационой корки на стенках скважины возможно путем улучшения общетехнологических свойств бурового раствора (снижение показателя фильтрации и т.д.), применением методов управляемой кольматации, а также вводом в раст-Еор некоторых электролитоз, различных полимерных и смазочных добавок.

Поскольку основной объем бурения скважин ведется промывочными жидкостями на водной основе, усилия исследователей направлены на улучшение противоприхватнкх свойств, прежде всего, глинистых растворов, преимущественно используемых при разбурпвании наиболее ответственных интервалов. Исходя их этого, разработка смазочных добавок осуществлялась для глинистых буровых растворов неднспергируэщего тиса на основе акриловых полимеров, которые не только способствуют уменьшению вероятности прихватов и сальнико-образования за счет предотвращения образования на стенках скважины рыхлей глинистой корки, но и снижают интенсивность гидратации глинистых частиц шлама и наработку избыточных соъемсз бурового раствора в процессе проводки ствола скважины.

Анализ используемых в бурении смазочных добавок показал, что многие из них (РКС. ОНК. СГ. СПРИНТ, РАМБС, СЛЭБ, СМАД. ЛТМ, зкультал и др. ) имеют в СЕоем составе жирные карбоновые .кислоты или их производные. Смазочные свойства жирных кислот и их производных заключаются в способности молекул присоединяться к поверхностям трени.я и ориентироваться на них, образуя так называемые граничные слои с низким сопротивлением сдвигу при относительном перемещении, обеспечивая, тем самым, снижение или стабилизацию коэффициента трения. Это обусловливает возможность их применения в качестве смазочных добавок (или основы смазочных

добавок) к буровым растворам с целью улучшения их смазочных и триботехнических свойств. Широкомасштабное использование индивидуальных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.,) и их солей нецелесообразно ввиду высокой стоимости и дефицитности, поэтому для этих целей предпочтительнее использовать более доступные и менее дорогие кислотосодержащие продукты, например, синтетические жирные кислоты, массовая доля жирных кислот в которых составляет 70...90%.

Исходя из вышеизложенного, -в качестве основы смазочных добавок исследовали несколько товарных фракций СИ АО "Уфанефте-хим". Совместимость СЖК с буровым раствором на водной основе достигнута путем их омыления растворами щелочей. Таким образом, смазочные добавки представляли собой соли СЖК, полученные путем нейтрализации содержащихся в них жирных кислот.

Для оценки эффективности их ввода в буровой раствор обоснована и применена следующая методика:

1) определение смазочной способности растворов по фрикционным свойствам фильтрационных корок на приборе КТК. За критерий оценки смазочной способности раствора принимался коэффициент трения пары сталь-корка, замеренный после определенного времени их контакта, характеризующий силу сопротивления страгиванию по фильтрационной корке бурильной трубы в процессе бурения и металлического пуансона - в лабораторных условиях и принятый, судя по исследованиям многих авторов, за наиболее обобщенный показатель прихватоопасности буровых растворов;

2) предварительная оценка смазочных свойств растворов по изменению работы выхода электрона из металла;

3) определение триботехнических свойств растворов в зависи-

- и -

мости от энергетических условий загрузки пар трения при физическом моделировании процессов изнашивания элементов бурильной колонны и вооружения шарошечных долот на установке АИ-3. созданной в УГНТУ. Для данной методики, разработаной А.И.Спиваком и А.Н.Поповым, характерно воспроизводство напряженности изнашивания вооружения долот и физико-химических явлений, протекающих в поверхностных слоях рабочих элементов при взаимодействии их с горной породой в среде бурового раствора. Критериями оценки три-ботехнических свойств раствора (антифрикционных, противоизнос-ных) приняты коэффициент трения и износостойкость пары трения.

В начальной стадии разработки составов смазочных добавок изучали порошкообразные натриевые и калиевые соли СМ различных фракций. Их ввод в полимерглинистьш раствор не вызвал изменения его об'летехнслогических параметров, за исключением некоторого снижения плотности, вызванного вспениванием раствора (особенно при вводе калиевых солей СЕК) и незначительного снижения показателя фильтрации. При этом установлено, что коэффициент трения пары сталь - Фильтрационная корка при различном времени контакта уменьшается с ростом молекулярного веса солей СЖК. Наибольшее повышение антифрикционных и противоизносных свойств полимергли-нистого раствора достигается при вводе натриевых солей кубовых остатков СЖ.

Учитывая вешеизложенное и невысокую стоимость кубовых остатков по сравнению с другими товарными фракциями СЖ, для дальнейших исследований взяты натриевые соли кубовых остатков СЖК (ОСЖК), полученные исходя из технологической целесообразности, без удаления из продуктов нейтрализации жидких компонентов (их содержание - около 30%). С целью защиты поверхности металла от

изнашивания при высоких удельных нагрузках и высоких местных температурах смазочную добавку на оснозе натриевых солей СЖК модифицировали различными присадками' (ВНИИНП-360, ИНХП-21 и моноэ-таноламином и др.). Таким образом, исследовались следующие смазочные добавки: ОСЖК, ОСЖК+ИНХП-21. ОСЖК+ВНИИНП-ЗбО, ОСЖК+МЭА. Для сравнения эффективности их применения к буровому раствору взяты добавки РЖС, графит и эмультал, применяемые на месторождениях Западной Сибири для снижения крутящего момента, липкости корки и профилактики прихватов при проводке скважин.

Из табл.1 видно, что введение смазочных добавок на основе солей СЖК приводит к улучшению смазочных свойств раствора и практически не изменяет его общетехнологические параметры. Снижение коэффициента трения парь: сталь-корка в зависимости от про-цр^тр ввопа для о^ЖК составило ™о 50, для РЖС - до -10%, для графита - до 25%. Модифицирование смазочной добавки ОСЖК проти-боизноснымп присадками не оказало существенного влияния на снижение коэффициента трения пары сталь-корка.

Для сравнительной характеристики противоизноскых и противокоррозионных свойств исследуемых сказочных добавок совместно с Л. X. Асфандияровым прозедена оценка их электронодонорно-акпептор-ных свойств. Для каждой пары металл-исследуемое вещество получена определенная величина изменения работы выхода электрона и скорость коррозии металла, характеризующие взаимодействие поверхностно-активных веществ добавок с поверхность» металла. Проведенные эксперименты показали, что все исследуемые сказочные добавки являются донорами электронов по отношению к стали.

Более радикальные и более стойкие по сравнению с другими смазочными добавками изменения электронных свойств поверхности

Таблица 1

Влияние сказочных добавок на свойства полимерглинистого раствора

Состав раствора ПФ см3 ЗОмин Коэффициент трения пары сталь-корка при времени контакта в мин.

5" 10 15 20 '

1 2 3 Ч 5 6

Полнмерглинистый раствор(ПР) 8, 0 0,17 0,24 0,36 0,48

П" - 0 5% ОСЖК 3, 0 0, 17 0, 23 0, 34 0, 44

ПР 4- :.с% ОСЕК 7,5 0, 16 0,21 0,30 0,36

П? + 2, 0% ОСЖК 7,0 0.15 0. 16 0,22 0, 27

ПР + О, 5% (0СЖК+ВНИКНП-360) 8,0 0,17 0,21 0,29 0,37

ПР - 1, 0% (0СЖК+ВНИИНП-360) 7,5 0. 17 0, 20 С, 24 0, 34

ПР + 2. С>! (0СЖК-БНКЙНП-360) 7,0 0, 14 0. 16 0.22 0,29

ПР + 0,5% (ССКК + КНХП-21) 8, 0 0,17 0, 22 0, ¿2 0, 36

п.? + 1, 0% (ОСЕК + ИНХП-21) 7,0 0, 17 0, 21 0,25 0.32

ПР + 2,0% (ОСИ - ИКХП-21) 7,0 0, 15 0,15 0,30 0,28

ПР + 0,5% (ОСЖК ->■ МЭА) 8,0 0, 16 0,20 0, 28 0,33

ПР + 1, О/о (ОСЖК + МЭА) 7.5 0,15 0, 19 0,24 0,30

ПР + 2, 0% (ССЖК + ЮА) 7,0 0,14 0,16 0,22 0,27

ПР + 0,5% РЖС 8.0 0, 16 0,23 0, 34 0,40

ПР 4- 1,0% РЖС 8, 0 0,15 0,20 0.31 0, 36

продолжение табл.1

1 ^ 2 3 4 5 6

ПР + 2. 0% РЖС 7.5 0, 13 0.18 0,26 0,30

ПР + 1,0% графита 8,0 0,19 0,24 0,33 0,40

ПР + 2.0% графита 8.0 0.17 0,22 0,32 0.36

Примечание: р= 1.12г/см3; УВ=35сек; СНС1/СНС10=1/3,3 Ша; 11=1... 2мм; рН = 8.

металла в результате хемооорбционных процессов достигаются при применении смазочной добавки ОСЖ+ИНХП-21. Это позволяет предполагать получение наименьших значений интенсивности изнашивания и коэффициента трения пары "металл - металл" при использовании этой добавки в реальных бурозых растворах. Далее в убывающей последовательности по степени влияния на энергетическое состояние поверхностных слоев металла располагаются: 0СЖ+ВНИИНП-360. ОСКК+КЭА, РЖС, ОСЖК и эмультал.

По снижению коррозионной активности полимерглинистого раствора смазочные добавки располагаются следующим образом: ОСЖ+ИНХП-21, РЖС. ОСЖК+МЭА, 0СЖК+ВНИИНП-360, ОСЖК и эмультал.

Влияние смазочных добавок на триботехнические свойства по-лимерглинистого раствора исследовали на установке АИ-3 применительно к работе замковых соединений бурильных труб (сталь 40ХН) и вооружения шарошечных долот (сталь 20ХНЗА).

На основании проведенных исследований установлено, что: 1. В условиях работы замковых соединений ввод в полимергли-

кпстьш раствср 0.3%...1% ОСЖК приводит к снижению коэффициента трения пары (П сталь-доломит в 1,5. ..7 раз, а скорости изнашивания стали (ам) - в 3...24 раза. Добавка РЖС в рассматриваемой области нагрузок также улучшает показатели триботехнических свойств раствора. Ввод графита (до 3%) в раствор не снижает скорость изнашивания стали и лишь уменьшает коэффициент трения пары сталь - доломит (до 1,4 раз). Эмультал, при его содержании в растворе в количестве 0,2%, обеспечивает снижение показателя í в среднем до 2 раз, а показателя ам - по мере увеличения интенсивности нагрузки - в 8...2 раза.

2. В условиях работы, характерных для вооружения шарошечных долот, противоизносные свойства ОСЖ наиболее сильно проявляются с увеличением нагрузки: скорость изнашивания стали 20ХНЗА в зависимости от процента ввода добавки (0,3%-1%) снижается от 2 до 40 раз. Коэффициент трения при этом уменьшается в 1.5...3 раза. Применение эмультала и графита в рассматриваемой области нагрузок не улучшает показатели триботехнических свойств раствора. Добавка РКС в количестве 1% масс, обеспечивает примерно такой же уровень триботехнических свойстз полимерглинистого раствора, что и при применении 1% ОСЖ. При содержании 0,3% РЖС в растворе с увеличением интенсивности нагрузки наблюдается резкое повышение скорости изнашивания стали.

3. Модифицирование ОСКК присадками ВНИИНП-360, ИНХП-21. МЭА привело в целом к еще большему улучшению триботехнических свойств полимерглинистого раствора. На рис.1...2 показаны зависимости ам = ИР„) и Г=Г(Рп). полученные для раствора, содержащего смазочные добавки 0СМ+ЕННИНП-360. ОСЖК+ИНХП-21, ОСЖ+ЙЭА. РЖС и эмультал, относительно таких же зависимостей, полученных при со-

держании в растворе ОСКК без присадок.

При сравнении влияния на триботехнические свойства поли-мерглинистого раствора указанных добавок видно, что, как для замковой, так и для долотной стали, при прочих равных услозиях, набольшее снижение коэффициента трения и скорости изнашивания стали обеспечивают ОСЖК. модифицированные присадкой ИНХП-21. Для замковой стали снижение показателя ам достигает 5 раз (рис.2,б), а для долотной - 9 раз (рис. 1,6).

Несколько меньший эффект наблюдается при модифицировании ОСЖК присадкой ВННЛНП-360, однако и в этом случае значения данных показателей остаются лучше, чем при вводе в раствор не модифицированной добавки ОСЖК ( во всем рассматриваемом диапазоне нагрузок) или РКС ( во всем диапазоне нагрузок для долотной стаи пни р„>200 НЛдо - гт'я замковой стали).

Модифицирование смазочной добавки ОСЖК присадкой ИЭА привело к улучшению показателей триботехнических свойств раствора только в диапазоне нагрузок, характерных для работы замковых соединений, однако значения этих показателей все же хуже, чем при использовании смазочных добавок 0СЛ'.К+-ИНХП-21, ОСЖК+ВНМИНП-360 и РЯС.

Полученные результаты практически подтверждают выводы о противоизносных свойствах добавок, сделанные на основании изменения работы выхода электрона из металла после контакта с исследуемыми смазочными добавками. Улучшение триботехнических свойств полимерглинистого раствора с вышеуказанными смазочными добавками указывает на их способность к созданию на поверхностях трения граничных слоев, обеспечивающих низкое сопротивление сдвигу при скольжении и защиту поверхности металла от изнашивания.

Влияние смазочных добавок на коэффициент трения ф ;а) и скорость изнашивания ам (б) пары сталь 20ХНЗА - доломит

О, 15 0,12

0.09

0.06

0,03

• Полимерглинистый раствор(ПР)+0,3%0СЖК о ПР+0,Зл(0СЕК+ЕНИИНП-360) ь * ПР+0.3%(0СйК+КНХП-21) а ПР+0, 3% (0СЖК+У.ЭА) а ПР+0, 5"Р!КС

а)

0

300

300 900 с -,

Н/мм 1800

мм/ч

0,5

0, 4

О, 3

0.2

О, 1

а'

/ 1 / >/ / 1' ?

/ / / / / у > 1

-< 1— \/ \

____ с-— г

б)

300 600 900 1200 Н/мм 1800

с _

РИС. 1

Влияние смазочных добавок на коэффициент трения ф (а) и скорость изнашивания ам (б) пары сталь 40ХН-доломит

мм/ч

0,30 0,24 0. 18 0. 12 0. 06 0

0,05

■г

0, 04 0. 03 0,02 0. 01 о

ч \ к х > 1 11

ч J N \ ё У У

N 10----

• Полимерглинистый раствор(ПР)+0, 3%0СЖК -*ПР+0, 3%(0СЖ+ИНХП-21) ж ПР+О, 3% (0СЖК+МЭА); ■[ о пр+о, 3% с осжк+вниинп-зе ! 1 1Р+о. г%эь 30); ОПР- X 1ультала 1-0, ЗйРЖС ..

а)

0

100

150 200 Р„-'

Н/мм 300

1 ш II / / /

/ *

—< I г" i Г1

к i 1 . / 1 1 -С

1 :--;

-ч

б)

о

100

150 200 Н/мм 300

Рис. 2

В исследуемых нами смазочных добавках основное содержание составляют жирные кислоты (различного типа и происхождения) и образуемые ими мыла. Специфика реакционной способности жирных кислот (солей) обусловливается (Тютюнников Б. Н.) составом и структурой карбоксильной группы и углеводородного радикала, характером и величиной сил. действующих между атомами молекул и влияющих на адсорбционную активность и характер взаимодействия позерхностно-активных веществ с металлом. Так, ОСЖК предстазляют собой соли предельных жирных кислот, а РЖС содержит в основной своей массе ненасыщенные вещества, язляющиеся химически более активными, чем насыщенные. Это связано с присутствием в молекулах непредельных кислот двойных связей, которые ведут себя как слабые полярные группы, повышая поверхностную активность веществ. что и способствует созданию более стойких адсосбиионных пленок и обуславливает несколько более высокие смазочные свойства раствора, содержащего РЖС, по сравнению с ОСЖК (по отношению к металлу). Эмультал также содержит в своем составе большое количество ненасыщенных кислот, но обеспечивает высокие смазочные свойства раствора лишь при очень низких значениях рассматриваемых нагрузок. Резкое снижение смазочной способности добавки с увеличением нагрузок связано со способностью эмультала образовывать (согласно данных по измерению работы выхода электрона) непрочную и легко удаляемую с поверхности металла адсорбционную пленку, а также с возможным осмолением ее компонентов з результате разрыва двойных связей под действием высоких температур, возникающих в зоне контакта и образованием при последующем межмолекулярном взаимодействии соединений с большей молекулярной массой, обладающих сравнительно меньшей смазочной способностью.

Большее снижение скорости изнашивания стали, относительного износа и коэффициента трения пары сталь-порода, полученных при использовании модифицированных присадками ОСЖК, вызывается влиянием химической природы введенных присадок - соединений, содержащих несколько химически активных элементов в молекуле и в композиции: серу, фосфор и металл (барий, цинк).

В состав присадок типа ИНХП-21 и ВНИИНП-360 входят в основном диалкил(арил)дитиофосфаты металлов, обладающие противоизнос-ными, протикоррозионными и антиокислительными свойствами, обусловленными взаимодействием с металлом активных элементов присадки или продуктов ее разложения, происходящим под действием контактных давлений и тепла, выделяющегося при трении в зоне контакта. Реагируя с металлом, продукты разложения образуют сульфиды, фосфаты и фосфиды железа. При умеренных режимах трения в присутствии присадок, содержащих серу и фосфор, в основном сказывается влияние соединений фосфора, которое выражается в пониженном износе поверхностей, а в условиях заедания при высоких температурах на микроконтактах образуются сульфиды металла, приводящие к смягчению процесса заедания (Виноградова И.Э.).

Одной их важнейших задач при строительстве нефтяных и газовых скважин является защита окружающей среды от вредного воздействия химических реагентов, используемых в процессе бурения и имеющих различную степень токсичности. Весьма перспективными в решении этой задачи могут стать биотехнологические, способы очистки, основанные на применении активных микроорганизмов-деструкторов, способных использовать в качестве единственного и второстепенного источника углерода и энергии полимерные, органические (в том числе и смазочные) добавки, входящие в состав буровых

растворов. С этой целью при совместной работе с кафедрой биохимии и технологии микробиологических производств УГНТУ (проф. Ягафарова Г.Г.) проведены исследования по разработке микробиологического способа разложения смазочных добавок на основе натриевых солей СЖК, вводимых в полимерглинистый раствор.

Установлено, что:

1. Наиболее активными деструкторами смазочных добавок на основе ОСЕК, а также ряда других компонентов, используемых в буровом раствора для регулирования его показателей (акриловых по-лимероз. Т-80) являются монокультуры бактерий Rhodococcus eryth-ropolls 1339Д, входящие в состав биопрепарата "Родотрин" ( Патент Российской Федерации К 1895097 от 9 июня 1995г) и плесневого гриба Fusarium sp.1. Применение ассоциаций этих микроорганизмов увеличивает степень биодеградации сказочно? добавки на ¡05?.

2. Результаты масспектрального анализа ОШ подтверждают, что отобранные штаммы микроорганизмов проявляют в отношении ОСКК высокую биохимическую активность и уменьшают их молекулярную массу на 85%.

Основные выводы и рекомендации:

1. На основании анализа промысловых данных и теоретических исследований в области смазочного действия сред показана необходимость разработки новых или усовершенствования имеющихся смазочных добавок к буровым растворам с целью предупреждения прих-ватоспасных ситуаций при проводке наклонно-направленных скважин а повышения работоспособности долот за счет сохранения высоких антифрикционных и противоизносных свойств растворов в широкой збласти энергетической загрузки поверхностей трения.

2. Для оценки эффективности ввода смазочных добавок в буровые растворы обоснована и применена комплексная методика, включающая изучение смазочной способности раствороз, оценку трибо-технических свойств растворов на экспериментальной установке АИ-3 и исследование влияния добавок на работу выхода электрона из металла.

3. Обосновано применение недефицитных продуктов нефтехимического синтеза - кубовых остатков производства синтетических жирных кислот - в качестве основы разработанных смазочных добавок для буровых растворов недиспергпрующего типа на базе акриловых полимеров, направленных на предупреждение осложнений, связанных с затяжками, прихватами бурового инструмента в скважине.

4. Ка основании проведенного комплекса испытаний установлена эффективность применения для повышения тпиботехнических свойств полимерглинистых растворов смазочных добавок, представляющих собой натриевые соли кубовых остатков СЖК (ОСЖ), а также ОСЖ, модифицированных на стадии их приготовления многофункциональными присадками ИНХП-21 и ВНИКНП-360 с целью повышения про-тнБопзносных и противокоррозионных свойств буровых растворов за счет обеспечения стойких изменений электронных свойств поверхности металла в результате хемосорбционных процессов.

5. Разработаны технические условия и технологический регламент на выпуск опытно-промышленных партий предлагаемых смазочных добавок и временная инструкция по технологии их применения к буровым растворам. Ожидаемый годовой экономический эффект от применения разработанных смазочных добавок на разбуриваемых площадях АПК "Башнефть" составит не менее 82583 тыс. руб. на скважину.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Дихтярь Т.Д.. Конесев Г.В. Методологические особенности изучения смазочных свойств буровых растворов для профилактики прихватов // Материалы научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (XXXXY).-Уфа: УГНТУ -1994.-с.8.

2. Дихтярь Т.Д.. Баталов Р.В., Мулюков P.A. Исследования и разработка смазочных добавок к буровым растворам // Материалы научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых ( XXXXY ).- Уфа: УГНТУ - 1994. -с. 7.

3. Дихтярь Т.Д., Калимуллин Р.3., Конесев Г.В. Изучение кубовых остатков СЖК в качестве смазочной добавки к буровым растворам // Материалы научно-технической конференции студентов.ас-пирантоз и молодых ученых ( XXXXY ).- Уфа: УГНТУ - 1994. -с.22.

1 Дихтярь Т Д Механизм изменения коэффициента трения в зависимости от перепада давления при образовании корки // Новые технологии в газовой промышленности: Конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России,- М.:Нефть и газ,1995.- с.80

5.Дихтярь Т.Д. Влияние электрического поля на коэффициент трения // Новые технологии в газовой промышленности: Конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России. - М.: Нефть и газ. 1995.- с. 81

6.Мавлютов М.Р., Конесев Г.В., Дихтярь Т.Д. Разработка средств для профилактики прихватов в скважине // Материалы III Международного симпозиума по бурению скважин в сложных условиях. - Санкт-Петербург, 1995.

7.Дихтярь Т.Д. Теоретические предпосылки для разработки смазочных добавок к буровым растворам // Проблемы нефтегазодсбы-

вающего комплекса России: Тезисы докладов Всеросийской научно-технической конференции.- Уфа: УГНТУ, 1995.-24

8. Дихтярь Т.Д.. Мулюков Р.А., Конесев Г.В. Улучшение смазочной способности бурового растзора с целью профилактики прихватов /'/ Материалы ХХХХУП-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.Том 1.-Уфа:УГНТУ-1996.-с. 32.

9. Конесев Г.В., Мулюков Р.А.,Дихтярь Т.Д. Совершенствование смазочной способности бурового раствора. // Материала семинара-дискуссии "Проблемы первичного и вторичного вскрытия пластов при строительстве и эксплуатации вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин". Уфа: УГНТУ - 1993. - с. 45.

Ю. Барахнина В.Б.. Гатауллина э.М., Дихтярь Т.Д. Изучение бисдеградации отходов СЖК. // Материалы XXXV международной студенческой конференции. - Новосибирск, 1997. - с.25.

11. Барахнина В.Б.. Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р.. Гатауллина Э.М., Сафаров А.X., Дихтярь Т.Д. Применение микроорганизмов для очистки буровых растворов от СЖК. // Материалы X Всеросийской конференции по химическим реактивам. 1997.

Соискатель С^Ъ--^^/ т. Д. Дихтярь

Подписано к печати 28.10.97. Формат бумаги 60x84 1/16.

Бумага писчая. Печать офсетная. Печ. Листов 1,0. Тираж 100 эк. Заказ 696.

Ротапринт Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес университета и полнграфпредпршп'ня: 450062 Уфа, Космонавтов, 1