Влияние анионных ПАВ на трение и гидравлические сопротивления в трубах

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся сравнительные результаты влияния поверхностно активных веществ на основе кубовых остатков процесса дистилляции жирных кислот хлопковых соапстоков (КО ДЖК), а также акриловых полимеров на гидравлические сопротивления движения буровых растворов в металлических трубах. Изучено влияние добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ) в буровой раствор на износ и трение бурового оборудования. Установлено преимущество добавок синтезированных анионных ПАВ в сравнении с акриловыми полиэлектролитами К-4 и К-9 по трибологическим свойствам, а также по способности снижать гидравлические сопротивления в трубах.

ABSTRACT

The article presents comparative results of the impact of superficially active substance on the basis of cubic residues in the process of distillation of fatty acids in cotton oil, as well as acrylic polymers in hydraulic resistance. The effect of surface-active surfactant (SAS) in drilling fluid on wear and tear of drilling equipment has been studied. The advantage of the addition of synthesized anionic surfactants is established in comparison with acrylic polyelectrolytes K-4 and K-9 on tribological properties, as well as on the ability to reduce hydraulic resistance in pipes.

Ключевые слова: поверхностно-активные вещество, физико-химические параметры, трибология, гидравлические сопротивления, жидкости, труба.

Keywords: surface-active substances, physical and chemical parameters, tribology, hydraulic resistance, fluidity, pipe.

При бурении глубоких скважин на цветные и благородные металлы в условиях Среднеазиатского региона наблюдаются осложнения, связанные с нарушениями в устойчивости стенок скважин, сложенных глинами. Другими осложнениями часто встречающиеся в практике бурения являются прихваты бурильного снаряда и керноприемной трубы слоем промывочной жидкости на внутренней поверхности бурильных труб под действием центробежных сил.

Для предупреждения прихватов бур-инструмента, главное внимание уделяется несущей способности раствора, поскольку только предотвращение излишней аккумуляции глины в кольцевом пространстве скважины может являться полной гарантией предупреждения такого рода осложнений.

Большинство ученых считают, что совершенная очистка ствола скважины от глины обеспечивается при скоростях восходящего потока промывочной жидкости, соответствующих турбулентному режиму течения. Такой режим течения является благоприятным для выноса осадочной глины в кольцевом пространстве для буровых растворов с низкой вязкостью [1, 9, 10].

График зависимости числа прихватов бурового снаряда осадочной глиной от величины обобщенного параметра Рейнольдса свидетельствует о том, что при значениях параметра Рейнольдса больше тысячи, возникновении опасности такого рода осложнений практически исключается. С позиций предупреждения прихватов бурового снаряда осадочной глиной, промывочная жидкость должна обладать свойством снижения гидравлического сопротивления трения при движении растворов в трубах. Эта способность обеспечивается за счет добавок в буровой раствор водорастворимых полиэлектролитов (ВРП) и ПАВ. С этой целью нами были проведены исследования по изучению гидравлических сопротивлений при турбулентном режиме движения глинистого раствора с добавками акриловых полиэлектролитов, а также анионных ПАВ: ОГС (олигомерный гидролизованный состав) и ОГСЛ (олигомерный гидролизованный состав с лигнином). Гранулированные реагенты ОГС и ОГСЛ были синтезированы в лабораторных условиях на основе кубовых остатков процесса дистилляции жирных кислот хлопковых соапстоков (КО ДЖК) и гидроксида натрия (а также с добавкой лигнина) в присутствии катализатора (отход третичной переработки цветного металла) [3-5]. Опыты проводили на капиллярном вискозиметре по стандартной методике: задается перепад давления, снижается расход жидкости весовым способом. При этом использовались капиллярные трубки длиной 33,06 см и диаметром 0,302 см.

Данные полученные на капиллярном вискозиметре, обработаны методом математической статистики и сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Влияние добавок ВРП и ПАВ на гидравлические сопротивления при движении глинистого бурового раствора в трубах

Результаты исследований (таблица1) показывают, что с ростом концентрации ПАВ ОГС и ОГСЛ в растворе, эффект снижения гидравлического сопротивления- растет, достигая максимального значения (24%) при применении 0,6% ОГС, а реагент ОГСЛ- соответственно- 20%.

Увеличение эффекта снижения гидравлического сопротивления в области концентрации от 0,2 до 0,6% связано с тем, что с ростом концентрации ПАВ большая часть турбулентного импульса подвергаются демпфирующему влиянию молекулы анионного ПАВ. Это приводит к образованию тонкой эластичной пленки в пристенной области труб, по которым движется буровой раствор. Анионные ПАВ ОГС и ОГСЛ на 10-12% лучше снижают гидравлического сопротивления по сравнению с акриловыми полиэлектролитами К-4 и К-9. Изучение эффективности разработанного нами ПАВ по трибологическим свойствам ( таблица 2) в сравнении с смазками: СМАД (смазочная добавка на основе жирных кислот ); трансформаторное масло, индустриальное масло, ПАВ Т-92 (кубовый остаток процесса ректификации диметилдиоксана - оксаль), ПАВ ОГС выявило, что он наряду с антифрикационными свойствами обладает более высоким молекулярным весом, а также имеет устойчивость к температуре[2, 6, 7, 8].

Таблица 2.

Изучение коэффициента трения в среде различных смазочных материалов

Результаты проведенных исследований показывают, что анионные ПАВ на основе вторичного масложирового сырья могут успешно заменить дорогостоящие акриловые полимеры, которые используются для снижения трения и гидравлических сопротивлений в бурильных трубах.

Список литературы:

1. Булатов А.И. Бурение нефтяных и газовых скважин. М., Недра 2003. 453с.
2. Исмаилов Р.И., Шералиева О.А. Регулирование реологических свойств буровых растворов стабилизированных полиакрилатами и полисахаридами //Химическая безопасность. ФИЦ Химической физики РАН.2020.4(1). стр. 227-235.
3. Кадыров А.А., Кадыров Н.А. Поверхностно-активные вещества (получение, свойства, применение) // Монография. , ТашГТУ. 2015. 156 с.
4. Negmatova K.S., Salimsakov Yu.A., Sharifov G.N., Rakhimov Kh.Y. 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.
5. Negmatova K.S. Effective composite chemical reagent for stabilizing drilling fluids. / Composite materials, Tashkent, 2009.-№4.-P.68.
6. 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.
7. 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.
8. Negmatova K.S. Rakhimov, H.Yu., Sobirov, B.B., Rakhmonov, B.Sh. Technol-ogy 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.
9. Попов А.Н., Спивак А.И., Мавлютов М.Р. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. М. Недра. 2003. 521с.
10. Сатаев И.К., Ахмедов К.С. Водорастворимые полиэлектролиты в бурении. Ташкент. Фан. 1982. 256с.