Металопохідні гіпану і можливості їх застосування в бурінні

Міністерство освіти Республіки Білорусь

Установа освіти

«Гомельський державний університет ім. Ф. Скорини »

Реферат

Металопохідні гіпану і можливості їх застосування в бурінні

Гомель 2006

Введення

Багаторічний досвід застосування бурових розчинів у різних стратиграфічних горизонтах на родовищах Білорусі показав, що сформована система підтримки якості розчину не завжди задовольняє технологію проводки свердловин. Інтенсифікація технології буріння свердловин в значній мірі залежить від ефективності застосування бурових розчинів.

Однією з найважливіших завдань нафтогазової галузі є можливість застосування ефективних реагентів, до яких повинні пред'являтися такі вимоги:

-Високі технологічні показники

-Доступність сировини

-Низька собівартість

-Стійкість до сольовий агресії

-Термостійкість.

У процесі буріння свердловин на родовищах Білорусі при проходженні надсолевих, сольових і подсолевих відкладень для обробки бурових розчинів використовують різні хімічні реагенти. Природною потребою для технологічної служби є можливість використання одного хімічного реагенту при бурінні лише стовбура свердловини. При цьому повинна зникнути необхідність застосування додаткових хімікатів, що спричинить за собою зниження вартості розчинів, а також скоротить номенклатуру матеріальних витрат.

Останнім часом в бурінні як у нас в країні, так і за кордоном, широко використовуються реагенти - стабілізатори на полімерній основі, комплексний ефект від використання яких зумовлює широку область їх використання в найрізноманітніших геологічних умовах. Ці розчини створюють сприятливі умови для руйнування гірської породи, помітно підвищують швидкість буріння, скорочують витрати на проводку свердловин.

Високі показники буріння досягаються завдяки комплексу позитивних властивостей полімерних розчинів: порівняно слабких реологічних, задовільних мастильних, інгібуючих, флоккулірующіх та інших, які можна регулювати залежно від геолого-технічних умов.

Завдяки специфічним псевдопластіческім властивостям полімерних розчинів досягається задовільна очищення вибою від вибуреної породи і транспортування шламу на поверхню. При цьому запобігається виникнення в свердловині ускладнень через утворення шламових пробок, які спостерігаються при використанні високоструктурних глинистих розчинів. Присутність деяких неорганічних електролітів у середовищі полімерів не тільки сприяє стабілізації розчинів, але і підсилює їх інгібуючі властивості, що запобігає диспергування вибуреної породи і втрату стійкості глинистих відкладень. Останнє може бути посилено внаслідок кольматаціонно-адсорбційної здатності полімерів.

Метою цієї роботи є розробка модифікації, застосовуваного в бурінні полімерного реагенту - гіпану. Володіючи рядом позитивних властивостей (високий рівень стабілізації дисперсних систем, температурна стійкість, позитивний вплив на стінки свердловини і якісне розкриття продуктивних горизонтів), полімерні реагенти мають істотний недолік - діють загущающе на прісні і слабомінералізовані бурові розчини. Разом з тим зараз на перший план висуваються питання поліпшення гідравлічних характеристик бурових розчинів. У цьому - резерв підвищення швидкостей буріння. Тому першочерговим завданням у галузі розробки реагентів для хімічної обробки промивальних рідин є вишукування ефективних знижувачів в'язкості і регуляторів структурно-механічних властивостей бурових розчинів.

Об'єкти і методи

Багато дослідників [1, 2] прийшли до висновку, що найбільш ефективними захисними реагентами-стабілізаторами є синтетичні акрилові полімери, що пов'язано з особливістю їх хімічного складу і будови. Важливим чинником їхньої поведінки в розчині є молекулярна маса і сукупність співвідношення функціональних груп. Акрилові полімери знайшли широке застосування в бурінні і на сьогоднішній день асортимент їх досить великий. Всі вони є карбоцепні сополімерами лінійної будови, що містять у різних співвідношеннях карбоксильні, амідні та інші функціональні групи. У акрилових полімерів ланцюги скріплюються міцними вуглець - вуглецевими зв'язками, які надають їм гідролітичну і термоокислювальну стійкість. Велике число активних груп і атомів водню, розташування функціональних груп безпосередньо у головного ланцюга забезпечують гнучкість і розгорнення молекул полімерів, зумовлюють їх міцне закріплення на поверхні частинок дисперсної фази.

Змінюючи молекулярну масу, співвідношення між карбоксильними і амідних активними групами і будова ланцюгів акрилових полімерів, можна отримати продукти, по-різному впливають на глинисті дисперсії [3].

Найбільш поширені акрилові реагенти отримують гідролізом полиакрилонитрила - продукту полімеризації нітрилу акрилової кислоти [4].

Промислове значення набув спосіб отримання цього мономеру шляхом дегідратації етіленціангідріна, одержуваного взаємодією окису етилену з синильною кислотою:

Далі полімеризація нітрилу акрилової кислоти проводиться у водному середовищі під дією окислювально-відновної ініціатірующей системи (персульфат калію і гідросульфат натрію) по вільно-радикальному механізму:

Утворений таким чином поліакрилонітрил являє собою аморфний полімер з молекулярною вагою 40000-70000. Гідролізом полиакрилонитрила отримують і такий реагент як ГІПАН, який є головним об'єктом наших досліджень.

Для визначення параметрів бурового розчину, обробленого модифікованим реагентом з гіпану використовувалися такі засоби і методи [5]:

1. визначення щільності бурового розчину - ваги важільні (щільномір ВРП-1, ареометр АГ-3ПП);

2. визначення умовної в'язкості - віскозиметр ВБР-3;

3. встановлення статистичного напруги зсуву - прилад СНС-3, ротаційний віскозиметр ВСН-3;

4. визначення фільтрації - прилад ВМ - 6, фільтр - прес ФПР - 1, прилад ВГ - 1М;

5. визначення товщини фільтраційної кірки - прилад Віка;

6. визначення концентрації водневих іонів (рН) - універсальний іономір ЕВ - 74, індикаторний папір;

7. визначення температури - термометр ТБР;

8. визначення сторонніх твердих домішок - металевий відстійник ОМ-2.

Результати досліджень та їх обговорення

Гіпану призначений для зниження фільтрації немінералізованних, мінералізованих і вапняних бурових розчинів і, як більшість полімерних реагентів, має недолік - підвищує в'язкість бурових розчинів. Модифікація гіпану проводилася низькомолекулярними електролітами (солями важких металів - заліза, міді, хрому, марганцю) з метою отримання нових похідних, що забезпечують більш низькі реологічні і структурно-механічні властивості бурових розчинів.

Гіпану представляє собою не чиста речовина, а багатокомпонентну суміш макромолекул. При введенні у водний розчин гіпану, наприклад, солей міді відбувається реакція комплексоутворення. Найпростішим експериментальним підтвердженням цього є те, що забарвлення розчину залежить від співвідношень З uSO ₄ · 5Н ₂ О, води, гіпану і може бути бурої, коричневою, світло-рожевому, яскраво-синій і блакитний.

Поряд з карбоксильними групами в Гіпаній є нітрильних і амідні групи. Перші визначають поліелектролітний властивості, активно вступаючи у взаємодію з іонами металів, а нітрильних і амідні змінюють їх властивості в тому чи іншому напрямі. Взаємодія молекул полімеру з комплексообразующими солями полівалентних металів призводить до утворення макромолекулярних клубків. Зміна довжини полімерних ланцюгів полімеру і геометричної форми макромолекул в розчині позначається на зміні фізико - хімічних і технологічних властивостей. Це призводить до того, що створюється розчин з регульованими властивостями дисперсійного середовища.

В експериментах використовувався товарний ГІПАН 10%-ної концентрації, солі: З uSO ₄ · 5 H ₂ О, FeSO ₄ · 7 H ₂ O, KMnO _4, К ₂ З r ₂ О ₇ кваліфікації "чистий", Глинопорошки: каоліновий і монтморілловий .

Модифікація гіпану солями здійснювалася наступним чином: ГІПАН розчинявся у воді при співвідношенні ГІПАН: H ₂ O як 1: 4; в однієї частини води розчинялося певну кількість солі і розчин гіпану тонкою цівкою при перемішуванні вливався в розчин солі. Суміш дотримувалися 30 хв до повного реагування компонентів. Далі готовий комплексний реагент використовувався для обробки глинистих суспензій.

В'язкість отриманих реагентів залежить від виду та кількості додається солі (таблиця 1).

Таблиця 1 - Вплив солей полівалентних металів на кінетичну в'язкість товарного гіпану

У залежності від кількості введеної солі відбувається придушення дисоціації йоногенних груп певного компоненту. Найбільше загущающие дію на глинисті суспензії ГІПАН надає при рН 10-12, коли його макромолекули мають оптимальні конформації [6]. Введення солі знижує рН до 7-8, що також зумовлює згортання його макромолекул в глобули.

Застосовуючи металопохідні гіпану з відносно низькою вихідної в'язкістю для обробки прісних глинистих суспензій, отримали відповідно низькі значення їх умовної в'язкості і тиксотропії, що відображено у таблиці 2. З неї випливає, що похідні гіпану за їх розріджують дії на глинисті суспензії розташовуються в ряд: М n-ГІПАН> З u-ГІПАН> F е-ГІПАН> З r-ГІПАН.

Важливими характеристиками глинистих суспензій є їх реологічні показники, так як вони відображають стан структури суспензій в динамічних умовах. Дослідження показали, що глинисті суспензії, оброблені металопохідні гіпану відповідають критеріям якості, встановленим М.М. Кругліцкім [7] (таблиця 3). Виняток становить М n-ГІПАН, добавка якого призводить до зростання умовного динамічного межі текучості (τ), що значно перевершує допустиму межу, що може викликати ускладнення в процесі буріння в разі застосування такого реагенту.

Таблиця 2 - Залежність реологічних показників глинистих суспензій від складу металопохідні гіпану

Таблиця 3 - Порівняльне дію різних металопохідні гіпану на прісні глинисті суспензії

Примітка: у дослідах 3-5 використовувався ГІПАН, розведений водою в 5 разів; зміст низькомолекулярного електроліту состалял 6 г на 600 мл розведеного гіпану.

Висновок

Таким чином, лабораторні випробування показали, що металопохідні З u-ГІПАН і F е-ГІПАН є перспективними для використання в бурінні в якості регуляторів реологічних та структурно-механічних властивостей бурових розчинів. Виходячи з цього на свердловині 12 Судовіцкой площі були проведені промислові випробування мідно-акрилового реагенту (С u-гіпану), які підтвердили його здатність знижувати зазначені показники.

Буріння розвідувальних свердловин на Судовіцкой площі ускладнюється інтенсивним загуснення бурового розчину за рахунок вибурюється висококоллоідальних глин, а також наявністю зон поглинання.

Щоб уникнути зазначених ускладнень мідно-акриловий реагент застосований з глибини 170 м після розбурювання цементного стакана в черевику кондуктора. Мідно-акриловий реагент готували в гліномешалке (4м ³⁾ при співвідношенні З uSO ₄ · 5 H ₂ О: ГІПАН як 0,5-1,0: 6 і розбавляється водою в 8-10 разів. Готовий реагент тонкою цівкою вводився в циркуляційну систему. Розріджує ефект спостерігався при його вмісті 5-10% від обсягу бурового розчину. Такий зміст реагенту в буровому розчині дозволило підтримувати параметри на рівні: γ = 1,14-1,17-1,19 кг / м ^3, Т = 30-40-50 с, 10 ⁶ · В = 6-10м ³ / 30хв , 10-СНС _{1 / 10} = 30-50/48-58г/м ^2, 10 ³ · К = 1м. При русі розчину по жолобах він характеризувався високою плинністю і рухливістю.

З порівняння кавернограмм свердловин 12 і 7 Судовіцкой площі (остання бурілась з хімічною обробкою КССБ, КМЦ та ін реагентами) видно, що стовбур свердловини 12 по всьому надсолевому комплексу зберігає практично номінальний діаметр, в стовбурі ж свердловини 7 є каверни значних розмірів, що викликало сильне поглинання бурового розчину. Поглинань при бурінні свердловини 12 не спостерігалося.

Таким чином, проведені дослідження та результати промислових випробувань показали перспективність використання мідно-акрилового реагенту в бурінні.

Література

1. Івачів П.М. Промивні рідини і тампонажні суміші. - М,: Надра. 1993.-102 с.

2. ПАУСІ К.Ф. Бурові промивні жідкості.-М,: Надра. 1967.-96 с.

3. Сатаев І.К., Ахмедов К.С. Водорозчинні поліелектроліти в буреніі.-Уфа. 1992.-148 с.

4. Злотник Д.Є. Дослідження та отримання гідролізованого полиакрилонитрила (гіпану). СБ наукових праць ВНІІБТ.-М., 1961.-С. 48-59.

5. Рязанов Я.А. Довідник з буровим растворам.-М.,: Надра. 1979.-С. 49-61.

6. Злотник Д.Є. Застосування гіпану для стабілізації бурових растворов.-М., Праці ВНІІБТ, 1971.-С.45-47.

7. Кругліцкій М.М. Фізико-хімічні основи регулювання властивостей дисперсій глинистих мінералів. - Київ, Наукова думка. 1968.-167 с.