Рациональное использование отработанных жирных глин при получении буровых растворов

АННОТАЦИЯ

Изучено влияние соотношения двух минералов на технологические показатели получаемых глинистых буровых растворов. Испытания бурового раствора, полученного с добавлением замасленного отработанного глинистого адсорбента, показали широкую перспективу его применения при строительстве скважин на высокодисперсных пластах Бухара-Хивинского региона. Проведенные исследования показывают, что буровые растворы, получаемые на основе композиции из глинистых минералов, более термо- и солестойкие, чем растворы, полученные из их индивидуальных глин.

ABSTRACT

The influence of the correlation of two minerals on the technological parameters of the received clay drilling solutions was studied. Examination of the drilling solution received with the addition of the discharge plastic clay adsorbent showed a broad perspective of its use in the construction of wells in highly dispersed layers of Bukhara-Khiva region. Conducted research have shown that drilling solutions obtained on the basis of a composition of clay minerals are more thermal and salt-resistant than solutions obtained from their individual clays.

Ключевые слова: бентонит, палыгорскит, гидрослюдистая глина, водоотдача, пластическая вязкость, суспензия, набухаемость, смазывающая способность, пенопогашающие свойства, антикоррозионная активность, термостабильность, смазочная способность, замасленный глинистый минерал, полифункциональные буровые растворы.

Keywords: bentonite, palygorskit, hydromicaceous clay, water loss, plastic viscosity, suspension, swelling ability, lubricity, antifoam properties, anti-corrosion activity, thermal stability, greasy property, greasy clay mineral, multifunctional drilling solutions

Введение. Освоение новых нефтегазовых месторождений в Узбекистане тесно связано с поиском и применением высокоэффективных буровых растворов, преимущественно изготовленных из местного сырья.

В республике имеется ряд крупных глинистых месторождений, где содержатся минералы бентонита, палыгорскита, гидрослюды и т. п. Сегодня после их химической активации используют при очистке и отбелке растительных масел на более чем 30 масложировых предприятиях. После значительного снижения адсорбционной активности глины их вместе с сорбированным маслом вывозят на свалку, считая их регенерацию нерациональной [3; 5; 6].

Если учесть, что в составе отработанной жирной глины содержится до 60% масла и сопутствующих ему веществ, то станет очевидна эффективность его использования в буровых растворах. В настоящее время буровые растворы должны обладать следующими полифункциональными свойствами: антикоррозионная активность; пенопогашающие свойства; смазывающая способность; минимальное набухание глин и т. п. [4; 7; 10].

Отработанные жирные глины масложировых предприятий положительно влияют на вышеупомянутые свойства получаемых буровых растворов и их экологическую безопасность.

Традиционно для приготовления буровых растворов используют свежие глины индивидуально или в виде смесей минералов. Это продуктивно в зависимости от глубины и строения пластов скважин, наличия слоев и др. [1; 9].

Поэтому прежде чем бурить нефтяные или газовые скважины, специалисты в лабораторных условиях тщательно прорабатывают различные составы глинистых минералов, солевые и температурные изменения их свойств, а также способы регулирования технологических показателей скважин и др.

Местные бентониты, т. е. монтмориллониты, по своему химическому и минералогическому составу и коллоидно-химическим свойствам получаемых буровых растворов сильно отличаются от палыгорскитовых и гидрослюдистых глин. Так, например, солестойкими и термостойкими буровыми растворами считают суспензии, полученные на основе палыгорскита, а менее – монтмориллонита и гидрослюды. Однако композиции, получаемые на основе данных минералов, считаются более эффективными, чем буровые растворы, полученные из индивидуальных глин. Это объясняется тем, что каждый минерал имеет некоторые специфические свойства, отсутствующие в других глинах, и поэтому их использование в виде композиции позволяет достичь необходимых полифункциональных свойств получаемых буровых растворов [2; 8].

Цель работы. Целью настоящего исследования является изучение термо- и солестойких свойств буровых растворов, получаемых на основе композиции из глинистых минералов.

Результаты и обсуждение

С учетом этого нами изучено влияние соотношения двух минералов на технологические показатели получаемых глинистых буровых растворов.

На рис. 1 показаны изменения пластической вязкости (кривая 1) и водоотдача (кривая 2) в зависимости от соотношения бентонита и палыгорскита в композиции глин.

Рисунок 1. Изменения пластической вязкости (кривая 1) и водоотдачи (кривая 2) бурового раствора в зависимости от соотношения бентонита и палыгорскита в композиции глин

Из рис. 1 видно, что с повышением содержания монтмориллонита в составе композиции глин от 0 до 100% пластическая вязкость (кривая 1) бурового раствора прямолинейно уменьшается с 14,5 до 9,2 gПа*с, а водоотдача (кривая 2) бурового раствора прямолинейно уменьшается с 15,3 до 12,6 см³/30мин. Такая корреляционная зависимость обусловлена минералогическим и химическим составами получаемых буровых растворов.

Как видно из рис. 1, высокие значения пластической вязкости (кривая 1) и водоотдачи (кривая 2) наблюдаются при максимальном содержании палыгорскита в составе композиции глин, используемых при получении буровых растворов. Это можно объяснить тем, что палыгорскит в отличие от монтмориллонита и гидрослюдистой глины имеет специфическое кристаллообразование, которое более твердое, солестойкое и термостойкое.

Известно, что на поверхности глинистых минералов образуются адсорбционные соли, которые обусловливают технологические свойства получаемых буровых растворов. Поэтому буровой раствор представляет собой гораздо более сложную систему, нежели смесь глины и воды.

Для высокой скорости проходки необходимы высокая термостабильность и хорошая смазочная способность бурового раствора. Его устойчивость к коагуляционным процессам и деструкции от воздействия температуры и минерализации пластовой воды должны быть близкими к импортным.

В последнее время особое внимание уделяется уменьшению смачиваемости глинистых пород, которое предупреждает деформационные процессы в околоствольном пространстве скважины, их набухание и др. Такие соединения считаются амфифильными веществами, т. е. химически активными гидрофобными комплексами, которые образуют адсорбционные слои на заряженных глинистых частицах и поверхности металлического оборудования.

Сорбированные масла, находящиеся в отработанном глинистом адсорбенте, проникая в структуру последнего, вступают в реакцию с двухвалентными катионами пластовой воды и образуют непроницаемый барьер, блокируя поры и микротрещины и препятствуя проникновению воды в структуру глинистого минерала.

На практике до использования такого материала процесс осыпания глин зачастую становился настолько прогрессирующим, что заканчивался ликвидацией ствола.

Испытания бурового раствора, полученного с добавлением замасленного отработанного глинистого адсорбента, показали широкую перспективу его применения при строительстве скважин на высокодисперсных пластах Бухара-Хивинского региона.

Преимущества использования замасленного глинистого минерала при получении буровых растворов состоят в том, что они:

– не оказывают заметного влияния на реологические параметры раствора;

– снижают водоотдачу бурового раствора;

– уменьшают коэффициент трения на границе металл/металл;

– увеличивают механическую и коммерческую скорость бурения;

– снижают время проработки ствола перед спуском обсадной колонны и цементированием;

– снижают затраты на транспортировку и хранение глин;

– увеличивают обратную проницаемость бурового раствора.

На рис. 2 проиллюстрированы изменения pH и коэффициента трения на границе металл/металл.

Рисунок 2. Изменения pH (кривая 1) и коэффициента трения на границе металл/металл (кривая 2) в зависимости от содержания замасленного монтмориллонита () и палыгорскита ( ) в глинистой композиции бурового раствора

Из рис. 2 видно, что изменение содержания замасленного монтмориллонита и палыгорскита (кривая 1) сильно влияет на коэффициент трения на границе металл/металл и в значительно меньшей степени – на pH (кривая 2) получаемого бурового раствора. Это можно объяснить тем, что замасленный монтмориллонит не только проявляет гидрофобные свойства в буровом растворе, но и оказывает смазывающее действие на металлические части бурильной установки.

Выводы

1. Буровые растворы, получаемые на основе композиции из глинистых минералов, более термо- и солестойкие, чем растворы, полученные из их индивидуальных глин;
2. Отработанные замасленные глины – отходы рафинации растительных масел – проявляют гидрофобные свойства и смазывают металлические части буровой установки, что обеспечивает снижение коэффициента трения на границе металл/металл;
3. Использование отработанных замасленных глинистых адсорбентов при получении полифункциональных буровых растворов способствует утилизации выбросов твердых отходов.

Список литературы:
1. Aндресoн Б.A., Мaос A. Бурoвoй рaствoр нoвoгo пoкoления // Нефть и кaпитaл. – 1997. – № 11. – С. 93-94.
2. Бaзaрoв Г.Р. Технoлoгия пoлучения эффективных бурoвых рaствoрoв нa oснoве местных и oтрaбoтaнных жирных глин: Дисс. нa сoиск. уч. ст. кaнд. техн. нaук. – Тaшкент, 2006. – 115 с.
3. Бaсaрыгин Ю.М., Булaтoв A.И., Прoселкoв Ю.М. Технoлoгия бурения нефтяных и гaзoвых сквaжин: Учебник для вузoв. – М.: OOO «Недрa-бизнесцентр», 2001. – 679 с.
4. Булaтoв A.И., Мaкaренкo П.П., Прoселкoв Ю.М. Бурoвые прoмывoчные и тaмпoнaжные рaствoры: Учебное пoсoбие для вузoв. – М.: Недрa, 1999. – 424 с.
5. Гaнджумян Р.A. Улучшение кaчествa глинoпoрoшкoв для пригoтoвления бурoвых рaствoрoв // Вестник aссoциaции бурoвых пoдрядчикoв. – 2011. – № 1. – С. 25-27.
6. Мыслюк М.A. O выбoре oптимaльнoй рецептуры oбрaбoтки бурoвoгo рaствoрa / М.A. Мыслюк, Ю.М. Сaлыжии // Стрoительствo нефтяных и гaзoвых сквaжин нa суше и нa мoре. – 2003. – № 4. – С. 35-38.
7. Рязaнoв Я.A. Энциклoпедия пo бурoвым рaствoрaм. – М.: Недрa, 2004. – 490 с.
8. Сoздaние пoлиминерaльных кoмпoзиций из Нaвбaхoрских глин с целью пoлучения термo-сoлестoйких бурoвых рaствoрoв / Ш.O. Тoшев, С.A. Aбдурaхимoв, Б.З. Aдизoв, Г.Р. Бaзaрoв // Aктуaльные прoблемы перерaбoтки нефти и гaзa Узбекистaнa. – Тaшкент, 2012. – С. 188-196.
9. Тoшев Ш.O., Aбдурaхимoв С.A., Мaксудoв Р.К. Aнaлиз химическoгo сoстaвa и изучения кoллoиднo-химических свoйств местных пaлыгoрскитoвых глин // Сoвременные мaтериaлы, техникa и технoлoгия: Мaт-лы 3-й Междунaр. нaуч.-прaкт. кoнф. (27 декaбря 2013 г.). – Курск-2013. – С. 222-224.
10. Ярoв A.Н. Бурoвые рaствoры с улучшенными смaзoчными свoйствaми. – М.: Недрa, 1975. –143 с.