ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЕРМИКУЛИТОВНОГО ОБЛЕГЧЕННОГО ПОЛИМЕРНОГО РЕАГЕНТА

АННОТАЦИЯ

В статье представлено исследование по разработке устройства для синтеза реагента вермикулитовного облегченного полимерного реагента (ВОПР), базирующегося на госсиполовой смоле — побочном продукте масложирового производства. Основное внимание уделено описанию технологического процесса получения ВОПР и его применению в составе буровых растворов для нефтегазовой промышленности. Определены оптимальные соотношения компонентов: госсиполовая смола, вермикулит, КМЦ, каустическая сода и сшивающий агент. Разработано устройство, включающее емкости для компонентов, смеситель, водяную рубашку и сушилку. В ходе исследования установлено, что использование ВОПР в буровых растворах способствует образованию плотной фильтрационной корки, предотвращает загрязнение продуктивных пластов и увеличивает добычу углеводородов.

ABSTRACT

The article presents a study on the development of a device for the synthesis of the VOPR reagent based on gossypol resin, a by-product of oil and fat production. The main attention is paid to the description of the technological process for obtaining VOPR and its use in the composition of drilling fluids for the oil and gas industry. The optimal ratios of components were determined: gossypol resin, vermiculite, CMC, caustic soda and cross-linking agent. A device has been developed that includes containers for components, a mixer, a water jacket and a dryer. The study found that the use of VOPR in drilling fluids promotes the formation of a dense filter cake, prevents contamination of productive formations and increases hydrocarbon production.

Ключевые слова: ВОПР, буровых растворах, бурении скважин, нефти и газа, синтез

Keywords: VLPR, drilling fluids, well drilling, oil and gas, synthesis

Введение

Буровые растворы играют ключевую роль в процессах бурения нефтяных и газовых скважин, обеспечивая стабильность стенок скважины, охлаждение бурового инструмента и вынос шлама на поверхность. Современные требования к буровым растворам включают их способность эффективно контролировать фильтрацию, предотвращать загрязнение продуктивных пластов и способствовать увеличению извлечения углеводородов. В связи с этим разработка новых реагентов, улучшающих свойства буровых растворов, является актуальной задачей.

Одним из перспективных направлений в данной области является использование реагента ВОПР, который базируется на госсиполовой смоле – побочном продукте масложирового производства. Госсиполовая смола обладает уникальными свойствами, которые могут значительно улучшить эксплуатационные характеристики буровых растворов. Для реализации этого потенциала необходимо разработать эффективную технологию синтеза ВОПР и соответствующее оборудование, которое позволит обеспечить стабильное качество получаемого реагента.

Целью настоящей работы является разработка устройства для синтеза реагента ВОПР, а также описание процесса его приготовления. В ходе исследования были рассмотрены оптимальные соотношения компонентов и условия проведения синтеза, что позволило получить реагент с высокими эксплуатационными характеристиками.

Методология исследования

В ходе данного исследования была разработана технология синтеза реагента ВОПР и соответствующее устройство для его производства. Для достижения поставленных целей были использованы следующие методы:

Определение состава реагента: были выбраны основные компоненты реагента ВОПР, включая госсиполовую смолу, вермикулит, КМЦ, каустическую соду и сшивающий агент. Оптимальные соотношения компонентов были установлены на основе предварительных лабораторных экспериментов.

Разработка устройства: было спроектировано устройство, включающее емкости для каждого компонента, смеситель с электродвигателем и водяная рубашка для поддержания необходимой температуры. Процесс перемешивания и прогревания был автоматизирован для обеспечения однородности смеси.

Синтез и обработка: реагент ВОПР синтезировался в круглодонном реакторе при температуре 65-70°C. В ходе синтеза проводился контроль температуры, pH и времени реакции. После завершения синтеза, материал подвергался сушке при 100°C и измельчению для получения порошковой формы.

Анализ свойств полученного реагента: осуществлялась оценка уровня pH, а также других эксплуатационных характеристик полученного реагента. Анализировалось влияние ВОПР на формирование фильтрационной корки и сохранение коллекторских свойств пласта при использовании в составе бурового раствора.

Данные методы позволили получить реагент с высокими эксплуатационными характеристиками, подходящий для применения в нефтегазовой промышленности.

Для получения ВОПР необходимо следующее (%):

• госсиполовая смола – вторичное сырье масложирового производства, содержащая в своем составе жирные кислоты и другие сопутствующие вещества 40-50;
• вермикулит 10-30;
• КМЦ 15-20;
• каустическая сода до 2;
• сшивающий агент до 0,5.

Для получения реагента ВОПР необходимо разработать устройство, в котором будет изготавливаться реагент. Исходя из этого, нами было разработано устройство для получения ВОПР. Разработанное устройство приведено на рис.1

Рисунок 1. Устройство для приготовления реагента «ВОПР»:

1) ёмкость для смолы; 2) ёмкость для вермикулита; 3) ёмкость для КМЦ; 4) ёмкость для NaOH; 5) ёмкость для СА; 6) ёмкость для Na₂CO₃; 7) ёмкость для воды; 8) задвижка; 9) конвейер; 10) ёмкость для водяных пар; 11) водяная рубашка; 12) смеситель; 13) электродвигатель; 14) линия; 15) сушилка; 16) дробилка; 17) готовая продукция.

Из рис.1 видно, что устройство состоит из ёмкостей для смолы (1), для вермикулита (2), для КМЦ (3), для NaOH (4), для СА (5), для Na₂CO₃ (6), для воды (7) через которых во внутрь смесителя (12) вводится вещество, содержащее в составе реагента ВОПР; электродвигателя, (13) который обеспечивает перемешивание при приготовлении реагента; водяная рубашка (11) для прогревания в процессе приготовления и для транспортировки смолы; ёмкость для размещения реагентов в процессе приготовления, смеситель (12) для перемешивания в процессе приготовления ВОПР.

Способ приготовления реагента «ВОПР»:

Для синтеза ВОПР, предназначенного для получения облегченного бурового раствора, в круглодонному реактору вводится 15-18% карбоксиметилцеллюлеза, концентрация которой составляет 30%. Смесь подвергается термической обработке при температуре в диапазоне 65-70ºС с обеспечением непрерывного перемешивания. Для создания сетчатой структуры в суспензию через (5) ёмкость вводят 0,05-0,1% сшивающего агента. Последующим этапом является введение 20% госсиполовой смолы (ГС) через (1) ёмкости и 0,5-1% NaOH через (4) ёмкости, процесс перемешивания которой продолжается в течение одного часа при той же температуре. Вермикулит вносится в объеме до 22% в сформированную массу. Синтезированный реагент, условно обозначенный как ВОПР, характеризуется уровнем pH около 11,5. Сформированный материал сохраняет неструктурированную листовую форму и подвергается сушке при температуре 100±1ºС для удаления влаги. Полученная масса измельчается в дробилке (16) и готовая сухая порошковая продукция (17) упаковывается для дальнейшей транспортировки к буровым установкам.

После перемешивания всех ингредиентов, происходящих реакции между ингредиентами в течение одного часа реагент «ВОПР» будит готов к применению в составе промывочной жидкости в виде добавки.

ВОПР в составе бурового раствора обеспечивает:

• образование тонкой плотной фильтрационной корки снижающих проникновение фильтрата в пласт;
• отложившаяся горка на стенках скважины при воздействии соляной кислоты быстро разрушается;
• в результате не загрязняется продуктивный пласт, сохраняется первоначальное естественное коллекторское свойства пласта;
• соответственно, увеличивается извлекаемый флюид из продуктивного пласта, следовательно, повышается добыча нефти и газа.

Результаты

В результате проведенных исследований была разработана технология синтеза реагента ВОПР, основанного на госсиполовой смоле, и соответствующее устройство для его производства. Основные достижения включают:

Разработка оптимального состава реагента: оптимальные соотношения компонентов были определены экспериментально, что позволило получить реагент с высокими эксплуатационными характеристиками. В частности, было установлено, что введение вермикулита, КМЦ и других компонентов в указанных пропорциях улучшает физико-химические свойства бурового раствора.

Проектирование и создание устройства для синтеза ВОПР: было спроектировано и создано устройство, позволяющее автоматически дозировать компоненты, эффективно перемешивать их и обеспечивать стабильное качество готового продукта. Устройство включает смеситель, водяную рубашку для термостатирования, сушилку и дробилку для получения порошковой формы реагента.

Оценка эксплуатационных характеристик реагента: в ходе испытаний ВОПР показал высокую эффективность в составе буровых растворов, обеспечивая формирование плотной фильтрационной корки и предотвращение загрязнения продуктивных пластов. При использовании ВОПР в составе бурового раствора также отмечено увеличение извлекаемого флюида из продуктивных пластов, что способствует повышению добычи нефти и газа.

Выводы:

Синтезированный реагент ВОПР показал высокую эффективность для использования в нефтегазовой промышленности. Его применение в составе буровых растворов позволяет улучшить устойчивость скважины, снизить фильтрацию и предотвратить загрязнение продуктивных пластов, что в конечном итоге приводит к повышению извлечения углеводородов. Разработанное устройство обеспечивает стабильное качество реагента и может быть внедрено в промышленных масштабах.

Список литературы:

1. И.В. Федусенка Коллоидная химия буровых растворов // Учебное пособие для студентов, аспирантов и научных сотрудников. 2018 г. С. 54.
2. ГОСТ 33213-2014 межгосударственный стандарт «Контроль параметров буровых растворов в промысловых условия» растворы на водяной основе М. 2015. С. 80.
3. Э. В. Бабаян, Н.Ю. Мойса Буровые растворы // Учебное пособие. 2019 г. С. 54-55.
4. Н.М. Уляшева Технология буровых жидкостей // Учебное пособие. 2008 г. С. 54-55.
5. Л.В. Ермолаева Промывочные растворы в бурении // Учебное пособие. Самара: гос. техн. ун-т, 2020. – 51 с.