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:   || 2 | 3 |

Улучшение качества буровых промывочных жидкостей применением модифицированных лигносульфонатов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОМКОВА ЛЮДМИЛА ПАВЛОВНА

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА БУРОВЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЛИГНОСУЛЬФОНАТОВ

Специальность 25.00.15 «Технология бурения и освоения скважин»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2011

Работа выполнена на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» Уфимского государственного нефтяного технического университета и в ОАО «Азимут»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Агзамов Фарит Акрамович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кондрашев Олег Федорович
кандидат технических наук Четвертнева Ирина Амировна
Ведущая организация: ООО «ПермНИПИнефть»

Защита состоится 22.12.2011 года в 15.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « 18 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь совета В.У.Ямалиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Одной из основных проблем при строительстве нефтяных и газовых скважин являются осложнения. Вопросам их предупреждения подчинено проектирование свойств промывочных жидкостей. Соответствие свойств условиям бурения и их стабильность в процессе применения определяют качество промывочной жидкости.

Увеличение вязкости промывочных жидкостей значительно снижает качественные показатели процесса бурения, сокращает срок службы технологического оборудования, повышает энергозатраты. Увеличение вязкости обусловлено наработкой твердой фазы в процессе бурения и последующим ее диспергированием, воздействием высоких забойных температур, коагулирующим действием электролитов. Кроме того, после разбуривания цементного стакана попадание цементного раствора и частиц цементного камня в промывочную жидкость негативно влияет на ее технологические свойства.

В этой связи актуальным является использование высокоэффективных реагентов-понизителей вязкости, применение которых позволяет регулировать и стабилизировать технологические свойства промывочных жидкостей.

В настоящее время наиболее востребованными и широко применяемыми понизителями вязкости являются реагенты на основе лигносульфонатов, которые предлагаются российскими и зарубежными фирмами. Однако, под влиянием высоких забойных температур эффективность лигносульфонатных реагентов существенно снижается, ухудшая параметры промывочных жидкостей. Повышение термостойкости промывочных жидкостей может быть достигнуто путем их обработки реагентами акрилового ряда, но для них характерна низкая устойчивость к солям поливалентных металлов.

Решение указанных задач возможно путем применения в промывочных жидкостях высокоэффективных реагентов понизителей вязкости комплексного действия, в составе которых находятся акриловые и лигносульфонатные составляющие.

Цель работы

Улучшение и стабилизация технологических параметров промывочных жидкостей путем разработки и использования реагента комплексного действия на основе лигносульфонатов и акрилатов.

Основные задачи:

1 Анализ существующих лигносульфонатных и акриловых реагентов,

применяемых в бурении.

  1. Разработка теоретических предпосылок повышения термостойкости лигносульфонатных и солестойкости акриловых реагентов.
  2. Обоснование состава реагента комплексного действия и разработка

технологии его получения.

  1. Исследование влияния реагента комплексного действия на свойства глинистых буровых промывочных жидкостей.
  2. Разработка технологии промышленного применения реагента комплекс-ного действия в различных геолого-технических условиях.
  3. Апробация и внедрение разработок.

Методы решения задач

При проведении экспериментальных исследований использовались стандартные методы согласно РД39-00147001-773-2004 «Методика контроля параметров буровых растворов», методы дисперсионного, качественного и количественного анализов, метод определения антикоррозионных свойств реагентов и исследования поверхностных явлений на границе раздела фаз (поверхностное натяжение, адсорбция ПАВ). Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась методами математической статистики с использованием компьютерных программ Statistica W/6.0, Microsoft Excel 3.0.

Научная новизна

1 Впервые показано что сополимеризация лигносульфонатного реагента c акриловым мономером приводит к росту его поверхностной активности, увеличению адсорбции на твердой фазе промывочных жидкостей и обосновано применение акриловой кислоты при получении реагента для обработки глинистых буровых растворов.

2 Установлено, что повышение адсорбции реагента комплексного действия на твердой фазе промывочных жидкостей при их химической обработке ведет к улучшению фильтрационных и реологических характеристик глинистых растворов.

3 Выявлен характер (тип) поверхностной активности полученного реагента АЛС (акриловый лигносульфонат) и установлена принадлежность его к классу неионогенных ПАВ.

4 Установлено, что полученный реагент АЛС увеличивает термостойкость глинистых растворов до 1800С, по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами, термостойкость которых не превышает 150оС.

Практическая ценность работы

Разработан акриловый лигносульфонатный реагент комплексного действия АЛC (ТУ 2454-003-04698227-2003) и технологическая схема его получения.

Экспериментальными исследованиями обоснована рациональная область применения реагента АЛС (Рекомендации по использованию высокомолекулярных реагентов и материалов для приготовления и обработки буровых растворов НД 00158758-267-2003 ООО «ТюменНИИгипрогаз») и разработана технология его применения в буровых глинистых растворах.

Промысловыми испытаниями, проведенными на Уренгойском ГКМ и Дулисьминском НГКМ, подтверждена эффективность целевых свойств реагента.

Разработана технология и технические условия на реагент АЛС для промышленного выпуска на ОАО «Дубитель».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

  • на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, г.Уфа, 2000 – 2010 гг.;
  • в материалах 1-й научно-практической конференции «Передовые технологии строительства и ремонта скважин», Санкт-Петербург: Недра, 2005 г.;
  • на международной научно-технической конференции «Повышение качества строительства скважин», Уфа, 2005, 2010 гг.;
  • в материалах Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук, Уфа, 2008 г.;
  • на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы нефтегазового дела», Уфа, 2006, 2007 гг.

Публикации по теме диссертации

Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 10 печатных работах, в том числе получено 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных

выводов, рекомендаций и приложений. Работа изложена на 130 листах машинописного текста, содержит 26 таблиц и 27 рисунков. Список использованной литературы включает 132 наименования.

Автор считает своим долгом выразить признательность преподавателям и сотрудникам кафедры бурения нефтяных и газовых скважин УГНТУ, генеральному директору ОАО «Азимут» Акчурину Х.И., сотрудникам отдела промывочных жидкостей ОАО «Азимут» Нигматуллиной А.Г., Здобновой О.Л., Мамае- вой О.Г. оказавшим неоценимую помощь в работе над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи работы и рассмотрены пути их решения, дана краткая характеристика работы.

В первой главе представлен анализ состояния изученности вопроса и роль промывочных жидкостей в предотвращении и профилактике осложнений, а также анализ применяемых химических реагентов для обработки буровых растворов.

При строительстве скважин важнейшее значение приобретают вопросы разработки мероприятий по борьбе с различного вида осложнениями. Наиболее частыми из них являются: нарушение целостности стенок скважины в результате гидратации глиносодержащих пород, обогащения промывочной жидкости выбуренной породой, ухудшение коллекторских свойств продуктивного пласта за счет набухания глинистой составляющей в его порах.

Для борьбы с нарушением устойчивости стенок скважин и предупреждения, связанных с ними осложнений, применяются физико-химические методы, основанные на применении различных реагентов и мер технологического характера.

Поскольку растворы на водной основе являются наиболее технологичными и их применение будет оставаться значительным, то работы в области совершенствования и разработки систем растворов и химических реагентов, применяемых для обработки промывочных жидкостей, обеспечивающих предупреждение осложнений, не потеряют своей актуальности.

Большой вклад в изучение причин, вызывающих осложнения при бурении, связанных с нарушением целостности стенок ствола скважин, роли буровых растворов в предотвращении и профилактике осложнений, разработку химических реагентов внесли работы Агабальянца Э.Г., Ангелопуло О.К, Ахмадеева Р.Г., Баранова В.С., Бабаляна Г.А., Булатова А.И., Городнова В.Д., Грей Дж.Р, Дарли Г.С.Г., Дерягина Б.В., Жигача К.Ф., Жуховицкого С.Ю., Загармистр О.С., Кистера Э.Г., Конесева Г.В., Крысина Н.И., Линевского А.А., Мавлютова М.Р., Рябченко В.И., Ребиндера П.А., Роджерса В.Ф., Пенькова А.И., Шерстнева Н.М., Шацова Н.И., Ятрова С.Н. и других отечественных и зарубежных исследователей.

Анализ технической и патентной литературы по исследуемому вопросу свидетельствует о том, что в настоящее время только в США более 80 фирм занимаются выпуском материалов и химических реагентов, перечень которых включает более 2000 фирменных композиций, содержащих 20 природных минеральных продуктов и около 50 основных химических соединений.

В бурении широко применяется группа реагентов на основе лигносульфонатов – конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) и феррохромлигносульфонат (ФХЛС), Окзил и др.

Основным недостатком реагентов на основе лигносульфонатов является малоэффективное действие в условиях высоких забойных температур. Кроме того, все модификации лигносульфонатных реагентов вызывают вспенивание буровых растворов.

Большой термостойкостью обладают акриловые полимеры, в частности, гипан, метас, К-4, М-14, лакрис-20 и др. Однако их применение не всегда является эффективным из-за неустойчивости к солям поливалентных металлов.

Из анализа существующих реагентов стабилизаторов и их применения для улучшения основных свойств промывочных жидкостей следует, что ни один из них в полной мере не отвечает комплексу предъявляемых требований.

Хорошую перспективу при обработке промывочных жидкостей могут иметь средства, сочетающие достоинства нескольких видов, которые могут компенсировать их недостаток и эффективно дополнять или усиливать положительные стороны существующих реагентов.

Показано, что таким перспективным направлением может быть совмещение акриловых и лигносульфонатных реагентов с тем, чтобы достоинства каждого из них компенсировали недостатки другого.

Исходя из вышеизложенного, в диссертации сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки разработки реагента комплексного действия, сформулирована рабочая гипотеза, обоснован выбор методик исследований.

Анализ работ отечественных и зарубежных исследователей показал, что наиболее подходящими реагентами стабилизаторами для условий минерализации и высоких температур могут быть полимерные вещества, желательно линейного строения, содержащие функциональные группы неионогенного характера, обеспечивающие оптимальную адсорбцию на твердой фазе.

Макромолекулы лигносульфонатов представляют собой неупорядоченные, разветвленные спирали с различными степенями уплотнения. Низкомолекулярные фракции могут иметь линейное строение. Полидисперность, наличие ионогенных групп, высокая степень диссоциации молекул указывают на то, что в растворе должны преобладать сильно ассоциированные высокогидрофильные полиионы. Строение лигносульфонатов в виде полиароматических цепей с включенными в них функциональными группами определяет их дифильный характер, поверхностную активность и высокую адсорбционную активность.

Эффективность акриловых реагентов связана с особенностями их строения. Карбоцепное строение (углерод-углерод) полимеров придает им значительную гидролитическую и термоокислительную устойчивость. Полимеры акрилового ряда являются гибкоцепными, легко переходящими при определенных условиях в развернутые конформации, наиболее выгодные с точки зрения химической обработки. Благодаря большому содержанию числа активных групп, различных по своей природе, многие из которых способны к образованию водородных связей, обеспечивается своеобразие коллоидно-химических свойств акриловых реагентов и их многофункциональность.

Таким образом, при выборе химического соединения, являющегося основой получения реагента комплексного действия для обработки глинистых растворов необходимо, чтобы он обладал вышеизложенными характеристиками (строение, наличие разных групп, связей и т.д.).

В литературе описано получение ряда привитых сополимеров на основе производных лигнина и акриловых мономеров. В основном для этих целей используют лигносульфонаты от сульфит-спиртовых концентратов до фракционированных продуктов. В качестве акрилового мономера в большинстве способов использован метилакрилат.

Процесс привитой сополимеризации обычно проводится либо в водном растворе лигносульфоната, либо в эмульсионном варианте в присутствии водорастворимых инициирующих систем.

В качестве инициаторов радикальной полимеризации в водных средах наиболее целесообразно использование перекиси водорода.

Возможная схема прививки показана на рисунке 1.

 +1 – перекись водорода; + М – акриловый мономер  Принципиальная схема-1

+1 перекись водорода; + М акриловый мономер

Рисунок 1

Принципиальная схема прививки лигносульфоната и акрилового мономера

Как видно, в схеме принято, что прививка происходит за счет взаимодействия первичных инициирующих радикалов с подвижными атомами водорода фенольных групп с последующей их изомеризацией в углеродконцентрированные радикалы, взаимодействующие с мономером.

Из широкого ряда акриловых соединений для разработки технологии получения реагента комплексного действия были взяты следующие мономеры: нитрилакриловая кислота (НАК), метилакрилат (МАК) и акриловая кислота (АК). Выбор мономеров был обусловлен их разной растворимостью в жидкостях различного происхождения. Кроме того, предварительные эксперименты показали, что использование лигносульфоната с вышеуказанными акриловыми мономерами приводит к резкому загущению глинистых растворов.

В процессе исследования были получены привитые сополимеры акриловых мономеров и лигносульфонатов, которые были испытаны в качестве понизителей вязкости глинистых суспензий. Полученные результаты представлены в таблицах 1-3.

Таблица 1

Результаты испытаний реагента на основе лигносульфоната (ЛС) и акриловой кислоты (А)

Обозначение реагента Фазовое состояние реагента рН Плотность раствора, кг/м3 Условная вязкость, с CНC 1/10, дПа ПФ, см3/30 мин
  Добавка реагентов в раствор в количестве 0,5%
1. Глинистый р-р 10,2 1080 50 99/112 15
2. №1+Borrethin сухой 9,8 1080 36 86/172 12
3. №1+ЛС-6А жидкий 9,9 1080 24 5/33 8
4. №1+ЛС-9А жидкий 10,1 1080 26 33/56 11
Добавка реагентов в раствор в количестве 1 %
5. Глинистый р-р 10,2 1100 81 162/175 13
6. №5+ Borrethin сухой 9,4 1090 44 26/116 13
7. №5+ЛС-8А жидкий 10 1090 48 129/165 15


Pages:   || 2 | 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.