Презентация на тему "Буровые технологические жидкости для бурения и крепления горизонтальных скважин"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Буровые технологические жидкости для бурения и крепления горизонтальных скважин

  магистратура 1

• 
  Слайд 2

  Химические реагенты для регулирования параметров буровых растворов

  На сегодня рынок химреагентов в РФ: 70% отечественные и 30% зарубежные Наиболее распространенные признаки классификации используемых химических реагентов: химический состав и строение молекул солестойкость термостойкость назначение Условная классификация химрагентов: 1. по химическому составу и строению молекул выделяют группы: 1.1. неорганические низкомолекулярные - вспомогательного назначения 1.2. органические высокомолекулярные с глобулярной формой молекул - понизители вязкости 1.3. органические высокомолекулярные с волокнистой (цепеобразной) формой макромолекул - понизители фильтрации 1.4. органические низкомолекулярные - ПАВ, спирты, кислоты и их соли, простые и сложные эфиры. 2

• 
  Слайд 3
  

  2. по солестойкости: 2.1. солестойкие при NaCl до 3% 2.2. солестойкие при NaCl от 3 до 10% 2.3. солестойкие при NaCl более 10% 2.4. солестойкие к солям жесткости (Ca+2 и Mg+2) 3. по термостойкости: 3.1. термостойкие до 1300С 3.2. термостойкие при 130-1600С 3.3. термостойкие при выше 1600С 4. по назначению: 4.1. понизители фильтрации 4.2. регуляторы вязкости 4.3. структурообразователи 4.4. смазочные добавки 4.5. ингибиторы 4.6. гидрофобизаторы 3

• 
  Слайд 4
  

  4.7. специльного назначения: 4.7.1. пенообразователи 4.7.2. пеногасители 4.7.3. эмульгаторы 4.7.4. деэмульгаторы 4.7.5. ингибиторы коррозии 4.7.6. антисероводородные добавки 4.7.7. бактерециды 4.7.8. связывающие Ca+2 и Mg+2 4.7.9. поставляющие катионы Ca+2, K+, Al+3 4.7.10. повышающие термостойкость 4.7.11.улучшающие проницаемость коллектора 4.7.12улучшающие буримость горных пород 4.7.13комплексообразователи 4.7.14. флокулянты 4.7.15. коагулянты 4.7.16. наполнители 4.7.17. утяжелители 4

• 
  Слайд 5
  

  Это условное деление, т.к. многие из этих реагентов могут обладать несколькими признаками. а) неорганические низкомолекулярные вспомогательного назначения делят на 4 группы: щелочные 5

• 
  Слайд 6
  

  природные растворимые и практически нерастворимые соли NaClгалит KCl сильвин бишофит MgCl2-6H2O KMgCl2-6H2O - парналлит CaSO4 - ангидрит CaCO3 - мел, изветсняк MgCO3 - доломит BaSO4 - барит (утяжелитель) ионные ингибиторы - реагенты, поставляющие в буровые растворы катионы: K+, Ca+2, Mg+2, Si+4, Cr+6 ХКЭ - хлор-калий электролит - отходы промышленности, содержащие KCl МИН-1 - кальций содержащие реагенты - гашенная известь (Ca(OH)2), гипс CaSO4-2H2O, ангидрит CaSO4, алебастр CaSO4-0,5H2O, CaCl2, K2SO4-Al2(SO4)3 - алюмокалиевые квасцы), Al2(SO4)3 - сернокислый алюминий, NaAlO2 - алюминат Na, Na2SiO3 - силикат Na (жикдкое стекло), K2SiO3 - силикат K (жикдкое стекло), хроматы и бихроматы К и Na (NaCr2O7, K2Cr2O7) ШЭС - шламоэлектролитная смесь KCl - один из лучших ингибиторов набухания глин - его ионы обладают отрицательной гидратацией. Содержится ХКЭ - отходы титано-магниевого производства, тоже в ШЭС - отход получения титана, в МИН - отход получения титана и магния 6

• 
  Слайд 7
  

  полимероподобные - неорганические реагенты, к ним отностят: полифосфаты (конденсирование) фосфаты - хорошие понизители вязкости растворов. Кроме того - связывают поликатионны солей. Применяют в основном три полифосфатных реагента: 1. Na5P3O10 - ТПФН - триполифосфат натрия 2. (NaPO3)6 - гексаметафосфат натрия 3. Na4P2O7 - ПФН - пирофосфат натрия. Обладают высокой пептизирующей способностью, что приводит при избыточной концентрации к сильному загущению раствора. полисиликаты - представлен метилсиликатом Na2O-nSiO2 - жидкое стекло и боросиликатом Боросиликат - совместно с другим реагентом - разжижитель глинистых и полимерглинистых растворов. Жидкое стекло - улучшает термостойкость КМЦ, способствует структурообразованию в глинистых и безглиниистых растворах, и особо проявляет ингибирующий эффект при 0,5-1%. РН - щелочном связывают поливалентные катионы с образованием труднорастворимых соединений. полихроматы - соли хромовой и бихромовой кислот, является токсичными. хроматы: Na2CrO4, K2CrO4 бихроматы: Na2Cr2O7, K2Cr2O7 7

• 
  Слайд 8
  

  Они являются сильными окислителями КМЦ, поэтому - для исключения термокислительной деструкции КМЦ и ее модификации надо применять в концентрации не более сотых долей процента назначение: - повышение стабилизирующей способности защитных коллоидов - снижение РН - снижение вязкости - повышение термостойкости буровых растворов - улучшение коркообразующих свойств буровых растворов - образуется плотная тонкая корочка, снижается риск прихватов, сальников, затяжек бурильных и обсадных колонн. 8

• 
  Слайд 9
  

  Органические высокомолекулярные реагенты - это реагенты с глобулярной формой макромолекул - такая форма молекул придает способность разжижать растворы. Частицы горной породы, глины - на них блокируются активные центры поверхности частиц за счет характерной способности этих химреагентов. Это нарушение взаимодействия частиц фазы может быть таким сильным, что при хорошей стабилизации раствора по фильтрации и вязкости (стабилизирующее действие) в нем может полностью отсутствовать структуру. Это есть - стабилизационные разжижение для устранения которого вводятся малые количества соли или специальные структурообразователи. Группа высокомолекулярных органических реагентов с глобулярной формой макромолекул делят на подгруппы: - на основе гуматов - на основе фенолов - на основе лигнина 9

• 
  Слайд 10
  

  Реагенты на основе гуматов - давно применяются с 1934-38гг. - реагенты на основе Na+ соли и K+ соли гуменовх кислот. УЩР и ТЩР - обладают сильным пептизирующим действием на глинистые породы, хорошо снижает Ф30 и Т, повышают РН, также проявлялось эмульгирующее действие на углеводороды. - в пресных глинистых растворах гуматные реагенты термостойки до 2000С - при увеличении минерализации NaCl до 3% - снижается до 1200С - Ca+2 и Mg+2 стабилизирующее действие ухудшают - гуматно-силикатные растворы при содержании NaCl до 3% имеют термостойкость 160-1800С - производство К+- реагентов расширяют область применения за счет улучшения термо- и солестойкости Реагенты на основе фенолов - это понизители вязкости растительного и синтетеического происхождения. - квебрахо (южно-американское) и др. природные танниды - конденсированные фенолы и близкие к ним по природе и действию конденсированные нафтолы (кортаны). 10

• 
  Слайд 11
  

  Отечественные: ПФЛХ - полифеноллесохимический - 5-10%-ый водный раствор продукта конденсации экстракта кислой воды - отходы при очистке продуктв газификации древесин с формальдегидом, обработанного щелочью в соотношении от 10:1 до 10:5 - нетермостойкий реагент до 1000С - для пресных глинистых растворов На основе лигнина - реагенты на основе гидролизного лигнина и лигносульфонатов - это отходы целлюлозно-бумажного и гидролизной промышленности - лигнин - это инкрустирующий материал клеток древесины и веществ растительного происхождения. На основе лигнина получают: - окисленный лигнин - лигносульфонаты (ФХЛС) и др. На основе окисленного лигнина три вида: - нитролигнин - хлорлигнин - сунил (сульфированный лигнин) 11

• 
  Слайд 12
  

  Сырьем служит гидролизный лигнин являющийся отходы при производстве спирта из древесины и различных растительных отходов. Нитролигнин и хлорлигнин по свойствам и применению близк - снижают вязкость и ст.н.с. пресных и слабоминерализованных растворов (до 3% NaCl) Термостойкость - 1000С Хроматы повышают термостойкость вдвое. Сунил - хороший разжижитель и снижает ст.н.с., регулирует на низком уровне фильтрации в условиях повышенной минерализации. На основе лигносульфанатов: ФХЛС - феррохромлигносульфонат, получают из ССБ путем ввода сернокислого железа (Fe2(SO4)3 и бихромата Na - Na2Cr2O7 - единственный реагент, регулирующий свойтсва гипсовых растворов. - термостойкость в пресных растворах 1600С - в среднеминерализованных - 1000С. 12

• 
  Слайд 13
  

  Органические высокомолекурные реагенты с волокнистой формой макромолекул Волокнистая - цепеобразная форма макромолекул характерна для полимеров - органических соединений с большой молекулярной массой. Макромолекулы этих полимеров построены в виде связанных в цепочку одинаковых атомов, молекул или звеньев - мономер. Реагенты на основе полисахиридов: - КМЦ и ее аналоги - крахмальные реагенты - микробные полисахариды - биополимеры свет Полисахириды - (С6Н10О5)n - естественные (природные) полимеры. Это растительные углеводы, образующиеся в растениях за счет фотосинтеза nCO2+mH2O Cn*(H2O)m +nO2 где: n и m - не менее 4 Важнейшие полисахариды - целлюлоза и крахмал. 13

• 
  Слайд 14
  

  Целлюлоза - это клетчатка, содержащаяся в древесине (40-55%) и в волокнах хлопковых семен (95-98%). Целлюлоза - основа стенок растительных клеток - ее называют структурным полисахаридом. Длина волокна - 15000А0, поперечное сечение - 8*48А0. Элементарные звенья - ангидроглюкозидные, из которых состоит полимерная цепочка, имеет в структуре три гидроксильных (спиртовых) группы, придающих целлюлозе некоторые свойства спиртов: [C6H7O2(OH)3]n - ангидроглюкозидное звено КМЦ - натриевая соль простого эфира целлюлоза и глиносолевой кислоты, получаемой при взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой или монохлорацетономNa: [C6H7O2(OH)3]n+nNaOH+nCH2ClCOONa [C6H7O2(OH)2 OCH2COONa]n КМЦ - Na-соль простого эфира целлюлозы и гликолевой кислоты: Очевидно на одном из уровней реакций получают: - щелочную целлюлозу (водный раствор): [C6H7O2(OH)3-x +NaOH] - путем добавления монохлоруксусной кислоты идет реакция до образования простого эфира целлюлозы: [C6H7O2(OH)3-x + NaOH + CH2ClCOONaC6H7O2(OH)3-x *(OCH3)x]n - а при более глубоких реакциях получается сложный эфир: [C6H7O2(OH)3-x *(OCH2* COOH)x]n 14

• 
  Слайд 15
  

  Целлюлоза - это клетчатка, основа стенок растительных клеток - это структурный полисахарид [C6H7O2(OH)3]n - ангидроглюкозидное элементарное звено. Формула КМЦ в общем виде [R(OCH2COONa)x]n, где R=C6H7O2(OH)3 - ангидроглюкозидное звено - R х - степень замещения n - степень полимеризации Переход монохлоруксусной кислоты в глиноколевую - CH2ClCOOH+NaOH CH2OHCOOH+NaCl CH2ClCOOH+NaOH CH2OHCOONa+NaCl - ангидроглюкозидные звенья КМЦ отличается от целлюлозы появлением в ангидроглюкозидных звеньях функциональной натрий карбоксиметильной группы (OCH2COONa)x , заместившей атом водорода H в гидроксильной группе (OH)3 Процесс замещения H+ характеризуется степенью этерификации (СЭ) или степенью замещения СЗ. За СЗ принимают количество заместителей (OCH2COONa)x - функциональных групп (Х), приходящихся на 100 ангидроглюкозидных звеньях. Чем выше СЗ, тем лучше КМЦ растворяется в воде. теоретически - СЗ=300 - max Min - СЗ =60 С точки зрения растворимости в воде актуально СЗ=80-90 15

• 
  Слайд 16
  

  СП - степень полимеризации - количество ангидроглюкозидных звеньев в молекуле КМЦ. При увеличении СП возрастает эффективность КМЦ как понизителя фильтрации. В РФ производят КМЦ с СП=400-1200, CЗ=60-100, зарубежные: СП=470-1300, СЗ=77-136. Средневязкие марки КМЦ (с СП=400) применяют для снижения фильтрации пресных и слабоминерализованных растворов - до 5% NaCl с большим содержанием твердой фазы при t=800C. Реологические параметры изменяются незначительно. Высоковязкие марки (СП>400) и ее модификации применяют в любых растворах при полной минерализации по NaCl, при t=1800C при концентрации 0,5 до 2. Чем выше СП, тем меньше должно быть в растворе твердой фазы, иначе сильно возрастает условная вязкость. При температуре свыше 800C - идет термоокислительная деструкция КМЦ, и марки более высоких СП. переходят в более низкие. Уменьшить деструкцию и повысить термостойкость КМЦ на 30-600C можно пуетм удаления кислорода с помощью добавок в раствор антиоксидантов: - малотоксичных моно-, ди- и триэтаноламинов (1,2-2,0%) - Na2SO3 - сульфит натрия - сульфид - Na2S (0,05-1,5%) - тетрабората Na-бура - Na2B4O7 (0,1-0,3%) - НТФ (нитрилотриметилэтиленфосфановая кислота) (0,1-0,3%) - АМ-5 (0,1-0,3%) - МАС-200 (0,1-0,3%) 16

• 
  Слайд 17
  

  Термостойкость: КМЦ-500 -1400C (в пресных водах 1200C) КМЦ-600 -1600C (в пресных водах 1300C) КМЦ-700 -1800C (в пресных водах 1500C)   Крахмальные реагенты (С6Н10О5)n получают на основе полисахаридов (крахмалов). Элементы крахмала: - линейный полисахарид - амилоза - разветвленный - амилопектин, состоящий, как и целлюлоза, из ангидроглюкозидных звеньев ( у целлюлозы связи в молекулах более устойчивы к бактериальному разложению). Клейстеризация - получение крахмального клейстера (коллоидного раствора) для получения водорастворимой формы крахмала: - за счет нагрева - АКК (алюмокалиевой квасцы) - Al*K*(SO4)2 *12H2O - обработка щелочью 17

• 
  Слайд 18
  

  МК - модификацированный крахмал химически и термически обработанный при добавлении АКК и Na2CO3. ЭКР - экструционный крахмальный реагент КМК - карбоксиметилированный крахмал - получают за счет химической реакции этерификации КМЦ и крахмала с предварительным биоразложением крахмала - не подвержен ферментативному разложению. Этерефикация - замещение. Реагенты на основе микробных полисахиридов (экзополисахариды) - это биополимеры, продуцируемые бактериями Xan'tomonascampestris. Это спиралевидные молекулы с большим содержанием функциональных ОН-групп, благодаря чему развита водородная связь. Технологии микробиологического синтеза, позволяют получить реагенты с общими свойствами: - при малых концентрациях в растворах увеличивают вязкость - создают структуру даже в растворах без твердой фазы - активно воздействуют на псевдопластичные свойства растворов - эффективные в условиях высокой минерализации и хуже - температур - совместимы с другими химическими реагентами - улучшают качество вскрытия продуктивных пластов - экологически безопасные Применяют биополимеры: РФ - БП-92, Робус КК и др. Зарубежные - Flo-ris, Duo-vis, Rhodopol-23P и др. 18

• 
  Слайд 19
  

  Свойства СПАВ промышленного производстваВ соответствии с физико-химическими и качественными критериями определены свойства целого ряда полноценных СПАВ, производимых отечественной промышленностью и ряда зарубежных СПАВ, относящихся ко 2,3 и 4 группам общей классификации (табл. 1)

  19

• 
  Слайд 20
  

  Таблица 1. Синтетические поверхностно-активные вещества – компоненты МФР

  20

• 
  Слайд 21
  

  21

• 
  Слайд 22
  

  22

• 
  Слайд 23
  

  23

• 
  Слайд 24
  

  24

• 
  Слайд 25
  

  25

• 
  Слайд 26
  

  26

• 
  Слайд 27
  

  27

• 
  Слайд 28
  

  28

• 
  Слайд 29
  

  29

• 
  Слайд 30
  

  Примечание: 1) синтез Чебоксарского филиала ГСНИИОХТ; 2) синтез Чебоксарского По Химпром; 3) синтез ВНИИПАВ; 4) образцы По Нижнекамскнефтехим; 5) синтез НИОПИК. 30

• 
  Слайд 31

  Классификация по химическому состоянию и структуре микромолекул

  31

• 
  Слайд 32

  Химические реагенты – регуляторы свойств

  32

• 
  Слайд 33

  Полимеры по действию на глинистые растворы

  33

• 
  Слайд 34

  Классификация полимеров по действию

  34

• 
  Слайд 35
  

  35

• 
  Слайд 36
  

  36

• 
  Слайд 37
  

  37

• 
  Слайд 38
  

  38

• 
  Слайд 39
  

  39

• 
  Слайд 40
  

  40

• 
  Слайд 41
  

  41

• 
  Слайд 42

  Дополнительные сведения о полимерах

  Классификация по характерным признакам: 1. структура молекул - линейные - разветвленные - сшитые 2. По характеру молекул - неионогенные - гидроксильные - OH – - эфиры R1 – O – R2 ; - O – R1 - амиды – С-NH2 O - полиэлектролиты а) анионные - карбоксильные COOH – COO- - COONa - сульфоновыеSO2OH – SO2O - фенольно-гидрооксильные - C6H5OH - C6H5O б) катионные - аминогруппа NH4+ 42

• 
  Слайд 43
  

  43 Классификация защитных коллоидов 43

• 
  Слайд 44
  

  44 4. Конформация молекул полимеров Конформация - расположение в пространстве атомов образующих молекул Глобулизированная (свернутая) Развернутая - обеспечивает более эффективное действие реагента; - образует более толстую защитную оболочку.

• 
  Слайд 45
  

  Механизм изменения конформации - в случае отсутствия минерализации (очевидно Ca+2): при диссоциации ионогенных групп (COONa) отделяются Na+, образующиеся отрицательно (-) заряженные группы COO- способствуют растягивания клубка; - в случае поступления Ca+2 идет присоединение с получением СООСа - идет скручивание в клубок 45

• 
  Слайд 46
  

  Влияние PH среды на конформацию молекул анионных полиэлектролитов: 1. Среда кислая РН7: - в щелочной среде находится много гидроксилов, ионов ОН, которые не препятствуют диссоциации ионогенных групп; - существование отрицательных зарядов действующих сила отталкивания разворачивает молекулу; - эффективность действия полимеров высокая. 46

• 
  Слайд 47
  

  47 Влияние неорганических электролитов: - если в дисперсной среде глинистого раствора присутствуют соли и большое количество катионов; - при диссоциации ионогенных групп отделившийся Na+ немедленно замещается посторонними катионами; - ионогенные группы существуют диссоциированном состоянии очень короткое время; - действие сил отталкивания очень временно, молекула остается свернутой; - 2х валентные катионы сшивают ионогенные группы и молекулы и полимер находятся в свернутом состоянии - становится малорастворимыми. 47

• 
  Слайд 48
  

  48 Классификация полимеров Можно классифицировать полимеры по трем признаками: Химическое строение: анионные, неионные и катионные. Функции, выполняемые в составе типового раствора: загустители или регуляторы водоотдачи, ингибиторы. По происхождению полимеры разделяют на: природные, модифицированные природные, синтетические. Природные полимеры - полимеры естественного происхождения, получаемые из природных источников - растений, животных или продуктов бактериального брожения. Отличие от синтетических: - структура природных полимеров сложнее структуры синтетических и у них высокий молекулярный вес, более устойчивы к воздействиям и легче поддаются бактериальному разложению.

• 
  Слайд 49
  

  49 Природные полимеры - это полимеризованные молекулы сахара. Класс полисахаридов: - мономеры полисахаридов - это сахар, состоящий из углерода, водорода, кислорода в отношении 6:12:6. Полимерация сахара происходит при реакции поликонденсации, при течении которой вода удаляется из единичных групп сахара. В результате полимеризации полисахарид состоит из групп сахара, связанных друг с другом общими атомами кислорода. Отношение С:Н:О полисахарида = 6:10:5 - или С6(ОН2)5 или как часто записывают С6Н10О5 – крахмал

• 
  Слайд 50
  

  50 Крахмал С6Н10О5 - природный полимер, получаемый из растений и зерновых культур. Основной источник кукуруза и картофель. Крахмал состоит из двух полисахаридов - амилозы и аминопектина. Амилопектин - разветвленная цепь углеводов. Соотношение между амилопектином и амилозой определяет свойства крахмала. Крахмал в необработанном виде нерастворим в воде. Для использования крахмала в буровом растворе надо разорвать защитную оболочку из амилопектина и высвободить содержащуюся внутри нее амилозу. Для этого: - крахмал нагревают, защитная оболочка разрывается, происходит рассеивание амилозы - это процесс клейстеризации крахмала. - после рассеивания амилозы крахмал гидратируется в воде. - крахмал сушится и расфасовывается в мешки. Крахмал - неионый полимер, растворимый в пресной воде и насыщенном солевом растворе.

• 
  Слайд 51
  

  51 My-Lo-JelTM - кукурузный крахмал: 25% - амилоза, 75% - амилопектин. Poly-SalTM - картофельный крахмал, отличным о кукурузного - сильно загущает раствор. Недостатки крахмалов - их подверженность брожению, его свойства: - разлагается под воздействием микроорганизмов; - низкая термостойкость - до 1020С - идет разложение; - биоразложим, если в составе воды много микроорганизмов; - размножение бактерий ускоряется при высокой температуре и нейтральном уровне РН и в условиях пресной воды; - активность бактерий в солевых растворах с высоким РН не так велика. Крахмал Poly-SalTM содержит в своем составе бактерицид.

• 
  Слайд 52
  

  52 Ксантановая смола - природный полимер, хотя получают ее не из естественных продуктов, а в качестве продукта жизнедеятельности бактерий Xantomonascompestris более сложного ферметативного процесса. Ксантан - растворимый в воде слабоанионный и хорошо разветвленный полимер: - молекулярная масса от 2 до 3 млн. - содержит функциональные группы: - карбонильные (СОН), карбоксильные (СООН), гидроксильные (ОН), которые придают ксантану свойства загустителя. Ксантан - имеет длинную разветвленную структуру в купе с относительно слабыми водородными связями боковых групп, что дает ему свойства регулятора вязкости.

• 
  Слайд 53
  

  53 Механизм регулирования вязкости - при достижении определенной концентрации полимера в его цепочках образуются водородные связи, в результате чего образуется сложная, переплетенная сеть слабо связанных между собой молекул. - при этом электростатические взаимодействия между ними слабы, и если раствор подвергнуть сдвигу, начинают ослабевать силы притяжения, связывающие полимеры; - при разрыве водородных связей снижается вязкость жидкости (очевидно при увеличении скорости сдвига); - при отсутствии сдвигового усилия (или уменьшении скорости свдига) водородные связи между цепочками полимеров восстанавливается и вязкость раствора, возвращается на прежний уровень. Ксантан используют для получения псевдопластичных жидкостей - разжижающихся при сдвиге, или гелевых структур. В условиях высоких скоростей свдига вязкость бурового раствора значительно снижается, при малых водородные связи восстанавливаются и вязкость возрастает. В статических условиях в составе буровых растворов проявляет теже отрицательные характеристики, что позволяет получать на их основе гели. Условия применения Ксантановая смола и схожий биополимер велановая смола - позволяют получить водные буровые растворы с тиксотропными свойствами, образуя водородные связи, особенно в пресной воде - когда полимер увеличивается в объеме его ветви начинают соприкосаться друг с другом, образуя водородные связи.

• 
  Слайд 54
  

  54 Ксантановая смола (DUO-VIS (R), FLO-VIS (R)) - добавляются в буровой раствор как заменитель глины для придания раствору тиксотропных свойств. При этом плотность и несущая способность создается без перегрузки раствора твердой фазой. Он загущает солевые растворы, включая растворы на морской воде, NaCl, KCl, CaCl2, NaBr и до некоторой степени даже CrBr2. Ксантан - оптимальный полимер загуститель при бурении скважин с большим отходом и горизонтальных скважин.

• 
  Слайд 55
  

  55 Модифицированные природные полимеры. Их свойства: - свойства модифицированных полимеров отличаются от свойств природных (целлюлоза и крахмала); - неионные полимеры (целлюлоза и крахмал) модифицируют получения возможности применения в буровых растворах - уже полиэлектролиты; - многие естественные полимеры нерастворимы в воде - их модифцируют в полиэлектролит; - модификация - изменение повторяющихся составных частей полимеров; - полиэлектролит - растворимый в воде полимер, образующийся полиионы ионы с противоположными зарядами; - полиион - имеет несколько электрических зарядов вдоль своей полимерной цепочки (катионные, анионные). - большинство полимеров для бурения - анионные (по синтезу уже и катионные); - эффективность действия полиэлектролита зависит от количества зарядов в полимерной цепочке; - количество зарядов зависит от следующих факторов: концентрация полимера концентрация и распределение ионизируемых групп, содержание солей и жесткость воды, pH раствора.

• 
  Слайд 56
  

  56 Факторы влияющие на эффективность действия полимеров: Количество зарядов: если велико, то: - полимер стремится развернуть цепочку - из-за взаимной отталкивания (разворачивание цепочки макромолекул); - при разворачивании молекул максимальное число зарядов может взаимодейстовать с частицами глиныи молекул воды - идет загущение жидкой фазы раствора. Концентрация полимера: - полимер в водном растворе находится в развернутом состоянии; - полимер имеет вид не стержня, а завитка - одинаковые заряды находятся на максимальном расстоянии; - при малых концентрациях полимер формирует вокруг себя оболочку - в 3-4 молекулы толщиной; - между оболочками - силы электростатического отталкивания; - площадь поверхности оболочек увеличивается при разворачивании молекул полимера; - величина площади поверхности водной оболочки - влияет на вязкость раствора; - при увеличении концентрации полимера - оболочка вокруг него уменьшается (молекулы воды отталкиваются из слоев); - вязкость раствора растет при стремлении получить водяную оболочку из меньшего количества воды (молекулы воды связывают молекулы полимера); - в условиях ограниченного количества воды полимеры переплетаются друг с другом - вязкость растет.

• 
  Слайд 57
  

  57 Слайд 57 Влияние pH среды: - pH определяет степень ионизации функциональных групп вдоль полимерной цепочки; - наиболее часто встречаемся функциональная группа в полимерах: СООН - СОО- - карбоксильная; - ионизированная карбоксильная группа (кг) СОО- присутствует в КМЦ, ПАА, ксантановая смола - получается за счет выделения Н+ из группы О СООН СОО- С О - ионизация происходит при реакции КГ (карбоксильной группы) и щелочных материалов - полимер из нерастворимого превращается в растворимую форму; О O- - С +NaOH - C Na+ ОН O - Na карбоксильная группа притягивает молекулы воды - растворение в воде; - из полимерной цепочки отделяется ион Na+ - остается отрицательный заряд – образуется анионный полимер; - анионный полимер становится способным к гидратации; - при гидратации полимера растет водная оболочка вокруг него - вязкость растет; - КГ - имеет наибольшую растворимость при рН=8,5-9,5; - для ионизации и растворения полимера надо рН=8,5 (вводят NaOH); - при большом количестве NaOH - характеристика полимера как загуститель ухудшается; - при рН менее 7 (упадет) карбоксил группа перейдет в исходный вид - карбоксил (СООН) и полимер теряет растворимость;

• 
  Слайд 58
  

  58 Влияние содержания соли: - соленость определяет эффективность полимера; - соль сдерживает разворачивание полимера в водном растворе; - вместе разворачивания и расширение молекула полимера приобретает шарообразную (глобумерную) форму - растворимость снижается; - соль ограничивает количество свободной воды, в которой могут гидратироваться молекулы полимера; - при увеличении содержания соли - сокращается количество присоединенной к полимеру при вводе соли в пресный раствор - скачкообразный рост вязкости, т.к. соль забирает воду; - полимерные молекулы разных полимеров переплетаются супрамолекулярные системы) и частицами шлама - уменьшаются в размерах; - возвращаются в исходную шарообразуню форму; - после перехода в шарообразную форму - вязкость снижается; - эффективность действия полимеров в соленой воде не велика - это устраняется увеличением концентрации полимер; - при использовании РАС, ксантановый смолы в условиях большой концентрации соли концентрацию полимеров надо увеличивать вдвое.

• 
  Слайд 59
  

  59 Влияние бивалентных катионов: Са+2, Mg+2 - эти катионы гидратируют более интенсивно чем Na+, что снижает количество доступной воды свободной - это снижает степень гидратации полимеров - Са+2 вступает в присутствии анионных полимеров в реакциях с анионными группами, что вызывает флоккуляцию полимера и его возможное выпадение в осадок из раствора - для очистки бурового раствора от Са+2 - обработать Na2CO3 - слабоанионные полимеры - ксантановая смола, так же как и неионные полимеры (крахмал) не осаждается Са+2. но на них сказывается интенсивная гидратация Са+2, снижающая эффективность таких полимеров.

• 
  Слайд 60
  

  60 Действие полимеров на снижение водоотдачи: Три механизма снижения водоотдачи при использовании полимеров в буровых растворах: - дефлокулированная фильтрационная корка уплотняется и образует более тонкую и непроницаемую корку. Проявляется действие дефлокулянтов, например КМЦ низкой вязкости, лигносульфонат - снижают фильтрацию; - продавливание через фильтрационную корку жидкой фазы, сгущенной КМЦ высокой вязкости, ксантановой смолой (эти реагенты – загустители); - снижение водоотдачи за счет добавления коллоидных частиц, которые снижаются и деформируются , акупоривают поры в корке. Этому механизму соответствуют структуры крахмала, некоторые производные асфальта и лигнина.

• 
  Слайд 61
  

  61 КМЦ (СЗ=0,7-0,8) высоковязкая имеет ту же СЗ, что и КМЦ с низкой и средней вязкостью - они отличаются величиной СП. РАС - это КМЦ с относительно высокой СЗ: - у РАС тоже химическое строение и СП, что и у КМЦ, отличаются только СЗ (у РАС СЗ=0,9-1,0); - полимеры с большей СЗ растворяются лучше, чем КМЦ. Поэтому РАС эффективнее КМЦ.; - в пресной воде - растворимость РАС и КМЦ одинакова; - в соленой воде и жесткой воде РАС превосходит КМЦ; PolyPac R - высококачественная полианионная целлюлоза - регулятор водоотдачи в растворах на пресной или морской воде.

• 
  Слайд 62
  

  62 ГЭЦ - гидроксилэтилцеллюлоза - получают выщелачиванием целлюлозы в растворе каустической среды с последующей обработкой оксидом этилена (СН2О) Применение: - для капитальных ремонтов скважин и освоения в качестве загустителя и регулятора водоотдачи; - совместима с солевыми растворами + морская вода, KCl, NaCl, CaCl2 и CaBr2; - неионный полимер - не реагирует с заряженными поверхностями; - эффективность до 1200С; - устойчивость к микроорганизмам не обладает; - тиксотропными свойствами; - вязкость при малых скоростях сдвига.

• 
  Слайд 63
  

  63 Модификации крахмала КМК - карбоксиметил-крахмал - модифицированный полимер подвергается замещению тоже, как и у КМЦ, гидроксиметил группа THERMPAC – карбоксиметил-крахмал - это альтернатива РАС в растворах - минимально влияющий на вязкость, регулятор водоотдачи при низких реологических параметрах: - термостабилен до 1500С; - не нужен бактерицид; - наиболее эффективен в растворах с Cl- до 2000мг/л и Са+2 800 мг/л при любом рН; - совместим со всеми растворами на водной основе. ГПК – гидроксипропил-крахмал получают при обработке крахмала оксидом пропилена - получается неионный растворимый в воде крахмал: - повышается термостойкость; - разновидности ГПК различаются степенью замещения, степенью полимеризации. Flo-trol R - разновидность ГПК - регулятор водоотдачи в составе раствора Flo-Pro. Flo-trol вместе с CaCO3 образуют растворимую в кислоте легкоудаляемую корку: - совместим с большинством составов растворов, в т.ч. соленой водой NaCl, KCl, CaCl2, NaBr, CaBr2 и солями муравьиной кислоты – формиаты; - не нужен бактерицид; - уникальные характеристики загустителя - применяется для вскрытия пластов; - при малых скоростях сдвига - обладает вязкостью - в отличие от РАС; - для увеличения вязкости при малых скоростях сдвига применяется совместно с Flo-VIS - для горизонтальных скважин; - термостойкость до 1200С; - реконмендованная концентрация до 4 фунтов/баррель. (фунт = 0,453 кг, баррель =159л (нефтяной))

• 
  Слайд 64
  

  64 Три основных вида полимеров: 1. Природные: - крахмал - ХС - полимер - гуаровая смола 2. Природные модифицированные: - КМЦ - РАС (ПАЦ) - полианионная целлюлоза - КМК - карбоксиметилированный крахмал - ГЭЦ - гидроэтилцеллюлоза 3. Синтетические: - полиакриламид (ГИПАН и др.)

• 
  Слайд 65
  

  65 Свойства полимеров по отношению к дисперсной фазе и среде: загустители – взаимодействие с водой загустители – имеют слабые анионные или неионогенные свойства, взаимодействуют с водой; адсорбенты – имеют хорошо выраженные анионные свойства, взаимодействуют с глиной (с ее катионами, обменного комплекса флокуляция по способности

• 
  Слайд 66
  

  66 Флокуляция – появление хлопьев в системе (агрегатирование) за счет цепи полимеры адсорбируются на двух или большем количетве дисперсных частиц полные – флокуляция всей твердой фазы в суспензии независимо от минерального состава селективные – флокуляциянебентонитовых частиц глин и др. пород (ПД-4, ПД-5, РС-2, РС-4). Полные флокулянты: - неорганические – соли электролиты: Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3 FeCl3 Ca(OH)2 NaCl органические: ПАГ – полиакрилатгуаниды Двойное действие: - увеличение вязкости бентонитовых суспензий - подавление пентизациинебентонитовыхразбуриванных глин и флокулирование ее высокой тисперсных частиц – это ХС, БП-1 – они укрупляют глинистые частицы – облегчают выделение частиц шлама из раствора.

• 
  Слайд 67

  Литература

  1. Калинин А.Г. и др. Технология бурения разведочных скважин на нефть и газ. Недра.М., 1998г. 2. Калинин А.Г. и др. Практическое руководство по технологии бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые. Недра., М., 2001г. 3. Пешалов Ю.А. Бурение нефтяных и газовых скважин. Недра, М., 1980г. 4. Калинин и др. Справочник инженера-технолога по бурению глубоких скважин. Недра., М., 2005г. 5. Калинин А.Г. и др. Бурение разведочных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые. Учебное пособие. I часть. РГГРУ, М., 2007г. 6. Калинин А.Г. Бурение скважин на нефть и газ. Учебник, 2008г. 7. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудования (под редакцией Гусмана А.М. и др.). Научное издание, УГГА, Екатеринбург, 2002г. 8. Абубакиров В.Ф. и др. Буровое оборудование. Справочник т. 1и 2. Недра, М., 2003г. 9. Абубакиров В.Ф. и др. Оборудование буровое, противовыбросовое и устьевое. Справочное пособие. Т.1и 2, ООО «Газпром»., М., 2007г. 67

• 
  Слайд 68
  

  10. Середа Н.Г. Спутник нефтяника и газовика. Недра., М., 1986г. 11. Сидоров Н.А. Бурение и эксплуатация нефтяных и газовых скважин. Недра, М., 1982г. 12. Ганджумян Р.А. и др. Расчеты в бурении. Справочное пособие. РГГРУ, М., 2007г. 13. Басарагин Ю.М. и др. Заканчивнаие скважин. Недра, М., 2000г. 14. Калинин А.Г. Бурение нефтяных и газовых скважин. ЦентрЛитНефтегаз, М., 2008г. (учебник) 15. Литвиненко В.С., Калинин А.Г. Основы бурения нефтяных и газовых скважин. Учебное пособие, М.,2008г. 16. Подгорнов В.М. Заканчивание скважин, учебник, часть 1 и 2 Изд-во МАКС-Пресс, М., 2008г. 17. Булатов А.И. и др. Освоение скважин. Справоное пособие, ООО «Недра-бизнес центр», М., 1999г. 18. Повалихин А.С. И др. Бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин, 2013г. 68