Бинарные буровые растворы на основе ПАВ и акриловых полимеров

АННОТАЦИЯ

Разработана новая технология эмульсионно-полимерного бурового раствора на основе поверхностно-активного вещества и акрилового полиэлектролита. Эмульсионно-полимерный раствор обладает низкой плотностью, высокой стабильностью, смазывающими бурильный инструмент  свойствами, а также обладает гидрофобизирующим эффектом в зонах осыпей и обвалов стенок скважин.

ABSTRACT

Elaboration a new technology of emulsion –polymer drilling mud are based on anion and acryl polyelectrolytes. has low density, high stability, lubricating property for drilling equipment, water proof effect at zones of falling and кollapsing well walls.

Ключевые слова: эмульсионно-полимерный буровой раствор, поверхностно-активное вещество,  акриловый полиэлектролит, стенки скважин, осыпи и обвалы.

Keywords: Emulsion polymer drilling mud, surface activity substance, acryl polyelectrolytes, well walls, falling and кollapsing.

Проблема предотвращения осложнений, связанных с осыпями, обвалами горных пород и кавернообразованием при прохождений зон разломов и дроблений является актуальным вопросом геологоразведочного и эксплуатационного бурения скважин на месторождениях твердых полезных ископаемых: цветных и благородных металлов Узбекистана. Слабая изученность этой проблемы, отсутствие эффективных буровых растворов является причиной многих осложнений и аварий, встречающихся при пересечении геологоразведочными скважинами терригенных отложений основных месторождений твердых полезных ископаемых Узбекистана, независимо от мощности и глубины их залегания.

Для предупреждения этих осложнений нами разработана рецептура высокоэффективного бинарного эмульсионно –полимерного бурового раствора на основе анионного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и акрилового полимера Унифлок, получаемого из нитрил-акриловой кислоты (НАК) на АО Навои- Азот.

Поверхностно-активное вещество синтезируется путем воздействия гидролизующего агента на кубовый остаток процесса дистилляции жирных кислот хлопковых соапстоков (КО ДЖК) в присутствии катализатора и наполнителя[1-2]..

При реакции синтеза образуются соли предельных и непредельных жирных кислот (которых в КО ДЖК содержится до 55-65%). Полученный ПАВ условно названный олигомерный гидролизованный состав (ОГС-1) представляет собой пастообразный продукт с содержанием 45-50% влаги, хорошо растворимый в воде.

Средняя молекулярная масса синтезированного ПАВ составляет 582-700 ед.. Изучение коллоидно-химических свойств полученного ПАВ показало, что оно является полуколлоидом анионного характера. Полученное ПАВ является хорошей основой для приготовления прямых эмульсионных буровых растворов типа «масло в воде».

При изучении основных физико-химических свойств ПАВ был установлен их анионактивный характер (определение производили по общепринятой методике принятой в коллоидной химии промывочных жидкостей, с помощью индикатора- метиленового голубого).

Водные растворы синтезированного поверхностно-активного вещества  характеризуются щелочной реакцией и с ростом их концентрации (от 10% до 25 % и выше) значения показателя водородных ионов (рН) возрастают.

Нами были проведены исследования по определению поверхностной активности анионного ОГС-1 в сравнения с сульфоналом и ОП-10. Проведенные исследования показали, что ОГС-1 уже концентрации 0,01% снижает поверхностное натяжение воды в 2 раза. По способности снижать поверхностное натяжение ОГС превосходит ОП-10, но близок по полученным результатам к сульфоналу (табл. .1).

Таблица 1.

Сравнительное исследования поверхностной активности ПАВ ОГС-1

На основании результатов проведенных исследований можно сделать вывод что поверхностно активные препараты серии ОГС, предназначены для получения прямых эмульсий типа "масло в воде».

Разработанные нами поверхностно-активные вещества являются ПАВ-ми полуколлоидного типа, которые способны к образованию истинных растворов при низкой концентрации, а также коллоидных термодинамических устойчивых мицеллярных растворов- при высоких концентрациях.

Полученный  ПАВ ОГС-1 рекомендуется применять при бурении геологоразведочных скважин в виде 10-15% ного водного эмульсионного раствора.

10% водный раствор ПАВ ОГС-1 имеет следующие технологические параметры:

• плотность -1,01 г/см ;
• условная вязкость - 18 сек. (по СПВ-5);
• водоотдача по прибору ВМ-6 – 4-5 см³/30 мин;
• толщина корки - 0,01 мм;
• рН-8-8,5.

Для увеличения эффективности действия эмульсионного раствора нами рекомендуется готовить бинарные смеси ПАВ с акриловым полимером Унифлок. Второй компонент бинарного раствора – порошкообразный водорастворимый полимерный реагент Унифлок синтезируется путем полимеризации нитрил-акриловой кислоты (НАК) с последующим его гидролизом в водно-спиртовой среде гидроокисью натрия.

Нами подобраны оптимальные соотношения, а также концентрация композиции состоящей из ПАВ и акрилового полимера, изучены их основные физико-химические и технологические (плотность, условная вязкость, водоотдача, статическое напряжение сдвига, толщина корки, стабильность) свойства (таблица 2) [3]. Как видно из таблицы оптимальной концентрацией добавки ПАВ ОГС-1 является 15-20%, при которых наблюдается стабильность и низкий показатель водоотдачи глинистого раствора.

Композиция в виде прямой эмульсии (10-15% водный раствор ПАВ) с добавкой полимера может применяться в качестве бурового раствора при бурении в зонах разломов и дроблений, а также кавернообразования.

Основные преимущества бинарного раствора ПАВ и акрилового полимера следующие:

• гидрофобизирующее действие на неустойчивые, горные породы (глины, сланцы,  алевролиты);
• предотвращение  затяжек бурильного инструмента , а также осыпей и  обвалов легконабухающих стенок скважин;
• снижение сроков строительства скважин;
• получение стабильного циркулирующего в скважине бурового раствора;
• смазывающее,  антифрикционное  воздействие  на  трущиеся  части бурового оборудования.
• увеличение срока службы породоразрушающего инструмента (долот и алмазных коронок).

За счет применения бинарного эмульсионного раствора обеспечивается ускорение процесса бурения, устранение простоя оборудования из-за аварий, вызванных кавернообразованием, осыпями и обвалами стенок скважин и соответственно- уменьшение расхода материалов и энергоресурсов. И в целом происходит снижение сроков строительства геологоразведочных скважин, а также снижение себестоимости одного метра проходки[4-7]

Успешные опытно промышленные испытания рецептуры бинарного эмульсионно- полимерного  раствора (ЭПР) с положительным эффектом и высокими технико-экономическими показателями осуществлены в зонах разлома, осыпей и обвалов стенок скважин Восточно-Кураминской геологоразведочной экспедиции Государственного комитета геологии республики РУз, при бурении на золото и цветные металлы на площади  » Кызыл олма» (Ташкентская область).

По итогам применения разработанного состава эмульсионно- полимерного раствора получен прирост скорости бурения на 14-15%, обеспечено снижение кавернообразования ( отсутствие осыпей и обвалов глинистых стенок скважин), снижение крутящего момента бурильного инструмента ( эффект смазывающего действия), энергосбережение за счет сокращения простоя бурового оборудования.

Таблица 2.

Результаты исследования малоглинистого раствора с добавкой реагентов ОГС-1 и Унифлок

Список литературы:

1. Кадыров А.А., Кадыров Н.А. Поверхностно-активные вещества (получение, свойства, применение) // Монография. -Ташкент, ТГТУ. 2015. 116 с.
2. Кадыров Н.А., Шералиева О.А. Адсорбция омыления гасиполовой смолы на глинах и кварцах // Труды НТК “Умидли кимёгарлар”. 2013. ТашХТИ. –Ташкент, -С. 38-39.
3. Negmatova K.S., Salimsakov Yu.A., Sharifov G.N., Rakhimov Kh.Y., Kobilov N.S. Composite polymeric material is a multifunctional effective chemical agent for drilling fluids. Col. RNTK "Technology and processing of local raw materials and products." October 22-23, 2009 - Tashkent: TKhTI, 2009.-P. 114- 115.
4. Negmatova K.S. Effective composite chemical reagent for stabilizing drilling fluids. / Composite materials, Tashkent, 2009.-№4.-P.68.
5. Negmatova K.S. The study of the physical-chemical properties of composite materials in relation to the production and stabilization of drilling fluids. // Journal. AS report. - Tashkent, 2010, № 4. -C 70-73.
6. Negmatova K.C., Sharifov G.N., Isakov Sh.S., Negmatov S.S., Sobirov A.B., Rahimov Kh.K. Polymer reagents for stabilization of oil drilling, used in the process of drilling of oil wells. European polymer congress 2011. XII congress of the specialized group of polymers. / Congress program, june 26- jule 1, 2011, Granada, Spain, p. 1018.
7. Negmatova K.S. Rakhimov, H.Yu., Sobirov, BB, Rakhmonov, B.Sh., Negmatov, S.S., Salimsakov, Yu.A. Technology for producing of multi-purpose powdery gossypol resin. Materials NPK with international participation "Natural Sciences: the achievements of the new century" / Academic Journal of Western Siberia, 2011, № 2. -C.64-65.
8. Кадыров А.А. Разработка технологии получения поверхностно-активных веществ на основе отходов масложировой и гидролизной промышленностей для применения при бурении глубоких скважин. Автореферат диссертации доктора технических наук, С.Петербург,2007,43с