авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Исследование и совершенствование буровых технологических жидкостей с использованием гель-технологий

-- [ Страница 2 ] --

1) разработка и совершенствование гидроизоляционных составов с регулируемыми сроками гелеобразования для ограничения притока пластовых вод в добывающих нефтяных скважинах и связывания загрязненных поверхностных вод и отходов производств (повышение морозостойкости; оперативное регулирование сроков геле- и студнеобразования, повышение технологичности применения путем использования порошкообразных кислот).

2) получение из студней НК ксерогелей (условно названных «КАС» - кислые алюмосиликаты) - реагентов для приготовления и обработки буровых технологических жидкостей.

В обоих случаях ставилась задача свести к минимуму применение жидких кислот, использовать преимущественно порошкообразные кислоты и другие кислые агенты. Кроме товарных кислот предусматривалось использование отходов производств, кислых стоков.

Была исследована возможность использования студня, полученного при разложении НК в растворе серной кислоты (КАСс.к.), в качестве кислой затравки при приготовлении очередной порции ГОС. При этом в первую очередь преследовалась цель сокращения расхода товарной серной кислоты. Убедившись в том, что даже в 20%-ном растворе КАСс.к. нефелиновый концентрат (добавка 15-20%) при комнатной температуре практически не разлагается (рН смеси 2,8-3,0) и самопроизвольного повышения температуры реакционной смеси не происходит, в эти суспензии дополнительно вводили товарную серную кислоту в количестве от 5% до 7%. При этом сразу же было отмечено повышение температуры с 20-230С до 370-450С и уменьшение рН до 2,2-2,45. Через 15-20 ч образовывался гель, а еще через 8-12 ч – упругий студень. Таким образом, КАСс.к. можно использовать как затравку при приготовлении гелеобразующих составов.

В качестве спиртовой добавки (СД) использовали одно -, двух- трех- атомные спирты. Гидроизолирующие составы со спиртовой добавкой получали путем смешения 10-15%-ного раствора серной кислоты и спиртовой добавки в количестве 5–15 % масс. от объема водного раствора кислоты с последующим введением в эту смесь при перемешивании 10-17% нефелинового концентрата. В процессе гелеобразования через фиксированные промежутки времени измеряли пластическую вязкость гелеобразующего состава. Установлено, что повышение содержания добавки тосола до 10% практически не отражается на кинетике начального этапа гелеобразования, но затем приводит к резкому росту вязкости. Высокая скорость упрочнения геля достигается при содержании добавки тосола в количестве 10-15 % от объема водного раствора сильной кислоты. В качестве спиртовой добавки можно использовать также отходы производства и потребления, содержащие спирт, например отработанные жидкости для очистки стекол автомобилей.

  1. Вода+12,5% H2SO4+12,5% НК + тосол
  2. Вода+12,5% H2SO4+12,5% НК + этиленгликоль
  3. Вода+12,5% H2SO4+12,5% НК + глицерин
  4. Вода+15% H2SO4+15% НК + глицерин
  5. Вода+15% H2SO4+17,5% НК + тосол

Рис. 2. Влияние спиртовых добавок на время гелеобразования ГИС

С увеличением спиртовой добавки увеличивается как время гелеобразования, так и, особенно, время перехода ГОС из геля в студень. Применение спиртовых добавок позволяет расширить время нахождения ГОС в состоянии геля (до застудневания) в гораздо большей степени, чем разбавление исходных золей НК водой. При этом действие глицерина, тосола и этиленгликоля практически одинаково (рис. 2).

Использование кислых отходов производств и отработанных спиртов позволяет снизить стоимость получаемых ГИС, а также решать проблемы ресурсосбережения и утилизации многотоннажных отходов химических производств. В рамках диссертации разработан состав и способ получения ГИС, получен патент РФ на изобретение № 2430946 «Гидроизолирующий состав и способ получения гидроизолирующего состава».

Гелеобразующие составы получены также на основе сухих органических кислот: щавелевой (СООН)2х2Н2О, лимонной (НООССН2)2C(OH)СООН, винной (СНОНСООН)2 х Н2О (табл. 1). Последние выбраны, прежде всего, из экологических соображений: все рассматриваемые органические кислоты широко применяются в пищевой и фармацевтической промышленности.

Таблица 1.

Гелеобразующие составы на основе сухих кислот

№ п/п Состав золя, % Начало геле- образования, ч Начало студне-образования, ч
Вода Кислота НК Корректирующие добавки, %
Щавелевая кислота
1. 100 12 12 - 80 96
2. 100 10 15 - 40 65
3. 100 10 10 Кольматант К-1 - 2% 25 80
4. 100 10 10 Молотый песок – 5% 28 62
Винная кислота
6. 100 10 15 - 98 120
Лимонная кислота
7. 100 - 15 15 220 260

При растворении этих кислот, в отличие от процесса разбавления водой сильных минеральных кислот, повышения температуры раствора не происходит. Экспериментально установлено, что при использовании сухих органических кислот время начала гелеобразования при комнатной температуре существенно больше, чем в случаях применения серной кислоты (несколько суток против нескольких часов). Кроме этого, существенно большим становится и период от начала гелеобразования до застудневания ГОС. Для интенсификации процесса гелеобразования использовали специальные добавки - затравки (измельченный кварцевый песок, кольматант К-1).

Для ускорения гелеобразования свежеприготовленный золь прогревали в сушильном шкафу при температуре 30, 60, 70, 80 и 900С. Продолжительность термообработки изменяли от 30 мин. до 6 ч. Выявлено, что повышение температуры прогрева до 70-800С приводит к резкому сокращению срока гелеобразования (рис. 3). Одновременно сокращается период времени перехода геля НК в студнеобразное состояние. При длительной (более 3-4 ч) термообработке (800С) образец золя, содержащий 15% щавелевой кислоты и 17% НК, успел перейти из геля в студень.

1. Вода + 10% щавелевой кислоты + 12% НК

2. Вода + 10% щавелевой кислоты + 15% НК

3. Вода + 15% щавелевой кислоты + 20% НК

Рис. 3. Влияние продолжительности прогрева при температуре 80C на начало гелеобразования золей НК и щавелевой кислоты

При разбавлении свежеприготовленного золя (вода+10% щавелевой кислоты+15% НК) 10%-ным раствором хлористого кальция на 20% после прогрева полученного состава при температуре 800С время перехода геля в студень превысило 10 ч (контрольный «неразбавленный» образец - через 15 мин. после прогрева). Таким образом, процесс перехода геля в студень при разбавлении хлоркальциевой водой в пласте существенно замедляется.

Практический интерес представляет применение сухих нефелино-кислотных смесей (НКС). Большинство опытов провели с НКС на основе щавелевой кислоты. Были проверены три рецептуры смесей: НКС1/1 (50% кислоты, 50% НК); НКС2/3 (40% кислоты, 60% НК) и НКС1/2 (33% кислоты, 67% НК).

Прочность студней нефелинового концентрата определяли с помощью пластометра Ребиндера, позволяющего измерять глубину свободного погружения конуса (угол 900) под действием нагрузки (345 г). Пластичность и эластичность студней определяется расчетным путем.

В ранние сроки «жизни» прочность и упругость студня со спиртовыми добавками ниже, чем у базового состава, но больше число пластичности. Одновременно зафиксирована особенность: по мере старения студня имеет место существенный рост его прочности. В отличие от гелеобразующих составов, рекомендованных для гидроизоляционных работ, при приготовлении ксерогелей – реагентов КАС время гелеобразования лимитируется только возможностью слива золя-геля НК из смесителя-реактора. Поэтому концентрации нефелинового концентрата и кислоты могут быть на уровне верхних пределов. При приготовлении КАСс.к. в лабораторных условиях величины добавок товарной (95-98%-ной) серной кислоты и НК ограничили 15% (базовая рецептура - КАСс.к.-15/15). Время начала гелеобразования при комнатной температуре- 40-60 мин.; спустя 30-40 минут гель начинает застудневать. Прочность геля растет во времени его старения. Созревание геля происходит до формирования достаточно прочной структуры. Процесс постепенного перехода студня НК в твердое состояние при комнатной температуре сопровождается выделением на поверхности образца игольчатых кристаллов квасцов. Капиллярные силы приводят к растрескиванию пространственной структуры студня. Чем тоньше слой подсыхающего студня НК, тем быстрее образуется порошкообразный материал. Ускорить этот процесс можно путем механического измельчения, «ворошения» и обдува подсыхающего студня горячим воздухом. В наших опытах студень НК подсушивали в сушильном шкафу при температуре 800С. Экспериментально установлено, что для получения сухой рассыпчатой массы вполне достаточно 2 часов сушки. Выход сухого продукта КАСс.к. из базового состава золя составляет 60-70%. Насыпная плотность - 820-900 кг/м3, влажность - 25-28%. Химический состав золей и ксерогелей НК определяли колориметрическим методом и спектральным анализом. По данным химического анализа основными компонентами КАСс.к. являются оксиды кремния (29,5%), алюминия (26,47%), натрия (12,94%), калия (6,39%), железа (5,12). Сравнение полученных результатов с составом исходного НК показало, что содержание оксиов алюминия, железа и калия остается практически неизменным. Содержание окиси кремния в КАСс.к. по сравнению с ее содержанием в НК заметно уменьшается (29,5% против 43,4%).

Так как в состав КАСс.к., получаемых из НК и серной кислоты, входят в основном алюминиевые квасцы и аморфный кремнезем, рассматривалась возможность замены этими реагентами товарных солей алюминия – сернокислого алюминия, алюмокалиевых и алюмоаммонийных квасцов (в качестве коагулянтов, кросс-агентов, структурообразователей). Высокое содержание аморфного кремнезема должно быть благоприятным с точки зрения использования КАСс.к. в силикатных гидрогелях. Кроме этого кислый характер водных растворов КАСс.к. может быть использован для активации волокнистых материалов, например асбеста, вместо солей алюминия.

В качестве добавок к золю НК при изготовлении реагентов КАСс.к. проверили как жидкие (промышленные стоки), так и сухие материалы, в том числе и отходы производств. При использовании легких, пылящих сухих и влажных материалов в больших количествах их не вводили в золь НК, а обливали (пропитывали) золем. На практике выбор того или иного способа совмещения золя НК с добавкой определяется конкретными условиями производства КАС. Были приготовлены образцы КАСс.к. из золей НК на основе жидких отходов, отобранных из шламохранилища АО «Аромасинтез» (г. Калуга), содержащих остатки спиртов, альдегидов, органических кислот, щелочей, солей. Предполагалось, что наличие органических веществ в исходном золе НК благоприятно скажется на результатах испытания полученных КАС в составе буровых растворов.

Для получения КАС использовали не только серную кислоту (и отходы ее содержащие), но и сухие органические кислоты, самостоятельно или в комбинации с кислыми солями и другими корректирующими добавками (получены реагенты КАСщк, КАСмхук, КАСвк). Полученные реагенты испытали в качестве добавок к буровым растворам различного состава, компонентов композиционных материалов, а также гелеобразователей при отверждении бурового шлама жидким стеклом и получении облегченных цементных растворов (гипсосолегелевых и алюмосиликатных). Проведенные опыты показали, что небольшие добавки КАС (0,01-0,3%) загущают пресные глинистые растворы (имеет место существенное увеличение статического напряжения сдвига) и увеличивают водоотдачу нестабилизированных глинистых растворов. В безглинистых биополимерных и полимерно-солевых буровых растворах кислые алюмосиликаты выполняют роль дополнительного структурообразователя. Кислые алюмосиликаты на основе органических кислот можно рекомендовать для снижения величины рН в сочетании с высокощелочными реагентами, например УЩР. В гидрогелевых буровых растворах КАС использовали вместо технического сернокислого алюминия и алюмокалиевых квасцов. Были исследованы силикатные гидрогелевые буровые растворы, в состав которых входят жидкое стекло (или порошкообразный водорастворимый силикат Монасил), алюминиевые квасцы (или КАС) и полимеры-стабилизаторы (КМЦ, КМОЭЦ, Сульфацелл, крахмальные реагенты (Амилор, КРЭМ), акриловые реагенты марки Праестол).

Силикатные гели получали с использованием не только кислых солей, но и кислот (борной, щавелевой, винной, адипиновой и др.). Экспериментально установлено, что наиболее прочные, жесткие, застудневающие во времени силикатные гели, содержащие высоковязкую КМЦ или крахмальные реагенты, образуются при взаимодействии 1,5-2%-ного раствора органической кислоты с 5-6% жидкого стекла при рН 4,4-5.

Для проведения отдельных операций при строительстве скважин (удаление шламовых пробок с забоя при промывке бесструктурными жидкостями (технической водой или рассолами хлористого натрия), разделения потоков бурового и тампонажного раствора при цементировании обсадных колон, изоляции зон поглощений бурового раствора) разработаны гелеобразующие составы на основе смеси водорастворимых эфиров целлюлозы и лигносульфонатов. Сшивающими агентами служили алюмокалиевые квасцы и КАС. При титровании полимерной смеси раствором квасцов или КАС отмечено, что упругие свойства начинают проявляться при рН менее 7. Присутствие лигносульфоната позволяет сделать плавным переход вязкого полимерного раствора в вязкоупругое состояние. Использование КССБ расширяет область рН (4,5-6,7), в которой система находится в студнеобразном состоянии. При старении в покое (10-12 суток) такие ВУС заметно разжижаются и переходят в вязкий полимерный раствор с низкой водоотдачей.

Для изучения процессов механодеструкции технологических жидкостей использовали экспериментальную циркуляционную установку, рабочий объем пробы раствора составлял 1,5 л; диаметр гидродинамической насадки - 6 мм. Установлено, что 3%-ный водный раствор КМЦ с добавкой 1,5 % КССБ не только имеет большие значения реологических свойств, но и отличается меньшим темпом уменьшения условной вязкости при циркуляции (Км = 0,134 против 0,55 у раствора без добавки КССБ).

Обоснованы составы комбинированных силикатных реагентов. Так, при разработке рецептур реагентов на основе гелей кремниевой кислоты были рассмотрены варианты совместного применения борной кислоты с солями алюминия и фосфора (в силу большого сходства в форме и размерах их структур), а также органических кислот (щавелевой, адипиновой и др.) с углещелочным и крахмальными реагентами и триполифосфатом натрия. На основе силикатных гелей разработана серия композиционных реагентов многофункционального действия, применяемых при строительстве скважин. С целью уменьшения расхода борной кислоты были испытаны комбинированные реагенты, в которых борная кислота полностью или частично (на 50%) заменена на КАС. Влияние борсиликатного реагента (БСР) на свойства концентрированного глинистого раствора показано на рис.4.

 1 – УВ500, с; 2 – 0, дПа; 3 – СНС1, дПа; 4 – СНС10, дПа; 5 – пл, спз; 6 – Ф30, см3 Рис. 4-3

1 – УВ500, с; 2 – 0, дПа;
3 – СНС1, дПа; 4 – СНС10, дПа;
5 – пл, спз; 6 – Ф30, см3


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.