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 ||

Разработка высококонцентрированной инвертно- мицеллярной дисперсии для заканчивания скважин

-- [ Страница 2 ] --

При разработке методика обработки и интерпретации вольт-амперных характеристик ИМД исходили из того, что мицеллообразователь не только формирует внешние оболочки мицелл, но и образует мезофазы в их ядрах, а также способен в виде мономеров растворяться в непрерывной фазе вместе с водой и солями, вызывая тем самым изменения напряжения пробоя, не связанные с фактической прочностью межфазных слоев. Поэтому для объективной оценки агрегативной стабильности ИМД необходимы как частные вспомогательные показатели, обеспечивающие оценку данных эффектов, так и комплексные показатели прочности межфазных слоев, свободные от их влияния. Выполненный анализ методов и приборов электрической оценки агрегативной устойчивости инвертных эмульсий показал, что получение соответствующих показателей возможно на основе вольт-амперных характеристик, снимаемых тестером электростабильности ТЭЭ-01, реализующим разрушение эмульсии в постоянном электрическом поле. В отличие от стандартной методики обработки вольт-амперной характеристики, положенной в основу известного прибора ИГЭР-1, которая предусматривает получение только напряжения пробоя на основе соответствующего участка характеристики, предлагаемая методика включает последовательную обработку четырех ее участков, показанных на рис.3, а именно:

1) участок отсутствия проводимости;

2) интервал пленочной проводимости;

3) интервал пробоя;

4) интервал объемной проводимости дисперсной фазы.

 Схема обработки вольт-амперной характеристики ИМД Проводимость ИМД на втором-3

Рис. 3. Схема обработки вольт-амперной характеристики ИМД

Проводимость ИМД на втором участке обусловлена закомплексованными ионами, подвижность которых ограничена их связями с супермолекулами. Поэтому, характеризующее дисперсионную среду, электрическое сопротивление на этом участке сохраняется постоянным на всем его протяжении и может быть рассчитано по закону Ома: . После разрушения мицелл на участке пробоя, образуется сплошной канал проводимости, обуславливающий возникновение второго наклонно-прямолинейного участка, что позволяет аналогичным образом рассчитать электрическое сопротивление дисперсной фазы: . С использованием геометрических параметров измерительного зонда, величины электрических сопротивлений преобразуются в более универсальные показатели удельных электрических сопротивлений, относительно независимые от конструкции прибора и, вследствие этого, характеризующие только исследуемые среды: , . Первый показатель используется для оценки количества мицеллообразователя, растворенного в дисперсионной фазе ИМД, и ее диэлектрической проницаемости, обратно пропорциональной данному показателю. Второй показатель, позволяет идентифицировать тип мезофазы в ядрах мицелл, используя признак возрастания удельного электрического сопротивления с увеличением степени изотропности жидкокристаллической структуры. С учетом большого шага измерений ТЭЭ-01 по напряжению, для повышения точности расчетов интервалы 3 и 4 целесообразно объединять, тогда показатели , аналогично рассчитываются на основе следующих параметров, непосредственно снимаемых с вольт-амперной характеристики: напряжения начала проводимости – ; напряжения начала пробоя – ; напряжения конца пробоя, определяемого при токе 10 мА – ; – ток начала пробоя.

В основу метода определения электростабильности ИЭР в постоянном электрическом поле положена следующая зависимость, известная из работ Г.М. Панченкова, связывающая силу, действующую на глобулы воды – с диэлектрической проницаемостью среды – , поляризуемостью глобул – и напряженностью внешнего электрического поля – : . Из нее следует, что при неизменной прочности межфазных слоев и постоянной напряжение пробоя меняется обратно пропорционально и прямо пропорционально . Тогда критическая сила, вызывающая коалесценцию глобул дисперсной фазы – , определяется в зависимости от напряжения пробоя по уравнению: , где – коэффициент пропорциональности, содержащий , а также неизвестные переводные коэффициенты для и . Учитывая эквивалентность дестабилизирующего влияния на ИЭР электрического поля и температуры, в момент термического разложения, когда текущая температура – равна термостойкости системы – , справедливо равенство , где – коэффициент, связывающий силу с температурой, подлежащий включению в величину , что дает . Комплексный параметр , входящий в полученное уравнение, по сути, характеризует прочность межфазных слоев и назван показателем стабильности эмульсий – ПСЭ. Исследования показали, что для конформационно-жестких мицеллообразователей ПСЭ сохраняет свое значение постоянным вне зависимости от температуры, т.е. нагрев не меняет значение . Это доказывает неаддитивность термической и электрической дестабилизации ИЭР и потерю агрегативной устойчивости скачком, а не путем постепенного разупрочнения межфазных слоев, что для любой температуры делает справедливым следующее уравнение: . Отсюда следует причина снижения напряжения пробоя с температурой – это растворение мицеллообразователя в дисперсионной фазе, что позволяет при известном ПСЭ прогнозировать термостойкость ИЭР на основе модели =f(Т). Соответственно, если значения ПСЭ, рассчитанные для различных температур по уравнению , отличаются, это принимается за свидетельство перестройки межфазных слоев, отражающейся на их стабильности. Уменьшение ПСЭ говорит о повышении агрегативной устойчивости, повышение – о ее снижении.

Физический смысл ПСЭ позволил предположить существование его взаимосвязи с показателем фильтрации, которая была экспериментально подтверждена в следующем виде: . Здесь – эмпирический коэффициент, зависящий от объемной концентрации углеводорода и равный 11,08 для ее значения 10%, – кратность изменения эффективной вязкости в результате динамического загущения при деформации со сверхкритическими скоростями. Последний параметр определяется по результатам исследования реологических свойств ИМД, в соответствии со следующей методикой.

Исследование реологических свойств ИМД предложено выполнять с учетом обнаруженной особенности ее течения, состоящей в устойчивом возрастании эффективной вязкости во времени при превышении определенной скорости сдвига – кр, названной критической. Со временем эффективная вязкость ИМД стабилизируется на определенном уровне, но при снижении скорости сдвига ниже критической постепенно возвращается к прежним значениям. Отмеченный реодинамический эффект вызван изменением степени упорядоченности структуры ИМД под влиянием перемешивания. По этому признаку предложено выделять два типа структур: упорядоченную и разупорядоченную, показанные на рис.4. Указанным типам структур соответствуют стационарные состояния системы, характеризующиеся степенными реологическими моделями, параметры которых не зависят от времени и могут определяться общепринятым способом по данным ротационной реометрии, показанным на рисунке 4. Реологическая модель, соответствующая состоянию упорядоченной структуры, строится по экспериментальным точкам со скоростями сдвига меньше критической, полученным при прямом ходе измерений, а для расчета реологической модели, соответствующей состоянию разупорядоченной структуры, привлекаются экспериментальные точки со скоростями сдвига больше критической, полученные при обратном ходе измерений. Состояние динамического перехода, предложено характеризовать скоростью загущения, постоянной для выбранной скорости сдвига, а также кратностью изменения эффективной вязкости при смене структур, которая может быть рассчитана как отношение показателей консистенции реологических моделей, соответствующих стационарным состояниям ИМД.

Рис. 4. Типы структур и результаты реометрии ИМД

При циркуляции в скважине фактическая скорость сдвига на одних участках превышает критическую, на других меньше нее, поэтому на большей части ствола ИМД находится в состоянии динамического перехода, когда действующая реологическая модель находится между реологическими моделями стационарных состояний.

Вычислять текущие параметры реологической модели для конкретного участка циркуляционной системы предложено на основе показателя относительного загущения – , рассчитываемого по фактическому значению эффективной вязкости – и значениям эффективных вязкостей, определенных по моделям стационарных состояний – и : . Поскольку экспериментально установлено, что реологические модели стационарных состояний отличаются, главным образом, показателями консистенции при незначительной разнице в показателях нелинейности, принято допущение о пропорциональном изменении эффективной вязкости и показателя консистенции. Тогда показатель консистенции для текущей реологической модели – определяется решением следующей пропорции: , где – показатель консистенции реологической модели, соответствующей упорядоченной структуре, – показатель консистенции реологической модели, соответствующей разупорядоченной структуре. Показатель нелинейности при таком подходе определяется решением уравнения степенной реологической модели при подстановке в него и .

Основой гидравлических расчетов при использовании предлагаемой методики являются фактические значения эффективной вязкости ИМД, принимаемые в соответствии с результатами моделирования циркуляции для различных контрольных сечений. Соответственно характеру поведения реологических свойств ИМД, при моделировании циркуляции должны воспроизводиться условия и продолжительность течения на каждом участке скважины. С этой целью предложено использовать ротационный вискозиметр в рабочем зазоре которого поочередно на нужное время создаются средние объемные скорости сдвига, равные фактически действующим на участках воспроизводимой скважины. Для реализации методики циркуляции методом конечных элементов с использованием обще-тензорной формулировки обобщенного уравнения Навье-Стокса были рассчитаны средние объемные скорости сдвига на различных участках скважины глубиной 2776 м, обсаженной на 720 м 244,5 мм кондуктором, с диаметром открытого ствола 220 мм и бурильной колонны из труб ЛБТ1479, ПН1279, УБТ17857,2, что позволило разработать для нее программу реометрии, показанную в табл.1.

Таблица 1 – Программа реометрии ИМД для расхода 0,0283 м3/с

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований свойств ИМД. Разработанные составы на базе мицеллообразователей СУПРАМОЛ, далее обозначаемые ИМД-X, сопоставлены с базовыми ИМД, на основе промышленно выпускаемых мицеллообразователей «Richmol Emulgator 700», «Девон-4В», «Нефтенол НЗт», «Эмультал». Все образцы ИМД готовились с использованием хлористого калия при объемном соотношении углеводород-вода 91:9. Технология приготовления ИМД-1 и ИМД-2 включала растворение СУПРАМОЛ-1 в воде в количестве 3% мас., добавление в полученный раствор инициаторов 4% хлористого калия и 0,75% ГКЖ-10, а затем смешение с 8% углеводородной основы, в качестве которой в ИМД-1 использовалось дизельное топливо, а в ИМД-2 – широкая фракция очищенного нефтяного парафина I-го вида по ТУ 0255-052-04689375-2000 с общим содержанием ароматики 0,006 %. Образец ИМД-3 – это универсальная технологическая жидкость без твердой фазы для работы с продуктивными пластами, получаемая путем растворения в воде 5% СУПРАМОЛ-3 (раствор объемных клатратов на основе шестичленных циклов олигоэтиленгликолей и их алкиловых моноэфиров в полигликоле), 5% хлористого калия, от 1 до 3% ГКЖ-11Н, а затем введение в полученную прямую эмульсию 8% раствора СУПРАМОЛ-2 (углеводородный раствор дискотика на базе циклических полиассоциатов алкиловых моноэфиров олигоэтиленгликолей с высшими жирными спиртами). Составы базовых ИМД отражены на рис.5.

а) характеристики самоэмульгирования образцов ИМД-Х

б) характеристики самоэмульгирования базовых ИМД

в) электростабильность эмульсий после механического перемешивания

 Результаты исследований технологичности приготовления-56

 Результаты исследований технологичности приготовления инвертно-мицеллярных-57

 Результаты исследований технологичности приготовления инвертно-мицеллярных-58

Рис. 5. Результаты исследований технологичности приготовления инвертно-мицеллярных дисперсий

Результаты исследований, приведенные на рис.5, показывают, что эффективность получения ИМД методом самоэмульгирования, за показатель которого – ПЭ принималось отношение напряжений конца пробоя, определенных после самоэмульгирования и последующего принудительного механического диспергирования миксером в течение 1 минуты при частоте вращения 5000 мин-1, у образцов ИМД-Х кратно выше. При этом в сравнении с базовыми ИМД, образцы ИМД-Х обеспечивают в среднем в 14,8 раза более высокое напряжение пробоя после самоэмульгирования, кроме того, для образования обратной эмульсии требуется в 15,8 раз больше времени. Таким образом, ИМД-Х более технологичны.

Механическое перемешивание базовых ИМД, даже кратковременное, приводит к их загеливанию и необратимой потере текучести, однако фильтратоотдача при этом, как показано на рис.6, остается настолько высокой, что этот параметр может считаться критическим при оценке качества образцов.

а) сравнение образцов, не содержащих твердой фазы

б) фильтратоотдача ИМД-Х, обработанных 1% гидрофобизированного мела (ГМ)

в) динамика фильтрации образца ИМД-1 до и после обработки ГМ

г) влияние концентрации ГМ на фильтратоотдачу образца ИМД-1

Рис. 6. Результаты исследований фильтратоотдачи ИМД

Таким образом, для сопоставления с ИМД-Х выбран наилучший базовый состав №4 на основе 7,62% Нефтенол-Нз. При его сопоставлении с образцом ИМД-1 по показателю фильтрации, получаем величину относительного изменения данного показателя равную 4,3 раза, увеличивающуюся до 7,5 раз в сопоставлении с ИМД-3. В среднем по изученным образцам, не содержащим твердой фазы, показатель фильтрации ИМД-Х в сравнении с базовыми дисперсиями в 7,7 раза ниже. При обработке оптимальной добавкой гидрофобизированного мела, составляющей 1%, показатели фильтрации ИМД-1 и ИМД-3 снижаются в 3,9 раза и 2,6 раза, достигая 10 см3/30мин и 8,6 см3/30мин соответственно, что позволяет использовать эти системы, также как и ИМД-2, для заканчивания скважин.

Сопоставление показателей стабильности, полученных с применением разработанной методики обработки и интерпретации вольт-амперных характеристик, выполнено в табл.2.

Таблица 2 – Сопоставление ИМД по параметрам электростабильности

При использовании стандартной характеристики напряжения пробоя электростабильность образцов ИМД-Х в среднем в 3,4 раза выше. Однако, с учетом сильно отличающегося, более объективную оценку стабильности ИМД дает интегральная характеристика их термостойкости, которая для ИМД-Х в среднем в 1,5 раза выше стабильности образца №4 (7,62%Нефтенол). При этом термостойкость ИМД-1, ИМД-2 и ИМД-3 выше в 1,7 раза, 1,5 раза и 1,35 раза соответственно, но, как видно из сопоставления со значениями ПСЭ, для ИМД-1 этот результат в большей степени обеспечивает меньшая растворимость мицеллообразователя в дисперсионной среде, нежели рост прочности межфазных слоев, а для ИМД-3 – наоборот. По этой причине ИМД-1 проигрывает образцу №4 по параметру , т.е. имеет большую мгновенную фильтрацию в забойных условиях, компенсируемую снижением длительной фильтрации за счет увеличения кратности изменения эффективной вязкости . Наибольшей прочностью межфазных слоев обладает ИМД-3, ИМД-2 в этом отношении представляет компромиссный вариант, но в среднем по системам ИМД-Х прочность межфазных слоев в 2,7 раза выше, чем у образца №4.

Прямое сопоставление базовых ИМД с ИМД-Х по эффективной вязкости с применением методики моделирования циркуляции оказалось невозможным из-за чрезмерного структурирования образца №4, ДНС которого достигло 71,2 Па при пластической вязкости 3,08 Пас и предельном напряжении сдвига 59,3 Па. Поэтому в качестве базы сопоставления для ИМД-Х использовался эмульсионный раствор на углеводородной основе (ЭРУО) с объемным соотношением углеводород:вода 50:50, стабилизированный 2% Нефтенола-НЗ и 1% органобентонита марки Консит-А. Результаты моделирования циркуляции, в соответствии с программой реометрии в табл.1, приведены на рис.7 и подтверждают прокачиваемость ИМД-Х по скважине на уровне ЭРУО.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.