Комплексний реагент

Комплексний реагент, що містить як полімерний компонент поліакриламід або поліаніонну целюлозу, або карбоксиметилцелюлозу, або карбок 3 58226 мерний компонент поліакриламід або поліаніонну целюлозу, або карбоксиметилцелюлозу, або карбоксиметилоксіетилцелюлозу, або оксіетилцелюлозу, або біополімер, гумати лужних металів, згідно корисної моделі додатково вміщує похідні жирних кислот - продукт синтеза, отриманий амідуванням олії та жирів з додаванням 20,0 % мас. гліцерину зі ступенем перетворення загального аміну 98,0 % і з виходом моноацилгліцеринів 35,0 % мас. при температурі 120 °С та перемішуванні при 300,0 об/хв., при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вказані похідні жирних кислот 1,0-4,0; гумати лужних металів (вуглелуж85,0-92,0; ний реагент (ВЛР), або гуматнокалієвий реагент (ГКР)) вказаний полімерний компонент решта. Відомо, що етилендіаміди жирних кислот разом з моноацилгліцеринами жирних кислот використовують як емульгатори, піногасники, бактерициди, інгібітори корозії. Проте за відомими технологіями при сумісному одержанні моноацилгліцеринів та етилендіамідів жирних кислот прямим амідуванням олії та жирів вихід моноацилгліцеринів не високий (не перевищує 5,0 % мас). Крім того, процес прямого амідування потребує забезпечення певних режимних параметрів, а саме: температури 160 °С, перемішування на рівні 1200,0 об/хв. протягом 3 годин з використанням дорогої, шкідливої речовини етилендіаміну 1,0:10,0 мас. по відношенню до олій або жирів, зі ступенем перетворення загального аміну 95,0 %. Авторами пропонується використовувати похідні жирних кислот, отримані амідуванням олій та жирів з додаванням 20,0 % мас. гліцерину зі ступенем перетворення загального аміну 98,0 % і з виходом моноацилгліцеринів 35,0 % мас, при цьому процес амідування з гліцерином здійснювати при температурі 120 °С, перемішуванні на рівні 300 об/хв. протягом 1 години з використанням зниженої кількості етилендіаміну 0,3:10,0 мас. по відношенню до олій або жирів, що в декілька разів зумовлює зменшення енерговитрат на процес амідування та його шкідливість. Лабораторними дослідженнями та промисловими випробуваннями встановлено, що при суміс 4 ному розчиненні гуматів лужних металів (калію, натрію) і полімерних компонентів відбувається взаємодія ланцюгів молекул полімера з макромолекулами гуматів лужних металів за рахунок утворення великої кількості водневих зв'язків. Така взаємодія макромолекул забезпечує незворотнє просторове розташування полімерних ланцюгів навіть при агресивній дії високих концентрацій солей, лугів (у т. ч. цементної агресії) і високих температур. Таким чином, утворюються просторові комплекси, які забезпечують активне функціонування кожного компоненту в агресивному середовищі. Таке поєднання компонентів дозволяє зменшувати концентрацію полімерних реагентів без погіршення в'язкості і виносної здатності розчинів, що забезпечує низький показник фільтрації у концентрованих розчинах кальцію і магнію, агресивна дія яких посилена прогріванням при температурі до 150 °С. Як вказаний полімерний компонент у комплексному реагенті використовують біополімери ксантанового типу, які являють собою водорозчинні полісахариди, отримані обробкою бактеріями типу "ксантамонас" марки Duo-vis, Flo-vis, Radopol, Zibosan та інші, поліаніонну целюлозу (Polypac UL або R), або карбоксиметилцелюлозу (Камцел, Tylose, Finnfix тощо), або карбоксиметилоксіетилцелюлозу (CHR-1, CHR-6 тощо), або оксіетилцелюлозу, або поліакриламід та їхні модифікації. Як гумати лужних металів використовують вуглелужний реагент ВЛР за ТУ У 36-01-247-76 або гуматно-калієвий реагент ГКР за ТУ У 26.823690792-002-2001. Приклад приготування комплексного реагенту (див, поз 3 табл. 1). В ємність завантажують 91,0 кг гуматів лужних металів ВЛР і 6,0 кг полімерного компоненту (карбоксиметилоксіетилцелюлози торгової марки CHR-1, CHR-6 тощо) і ретельно перемішують. Потім додають 3,0 кг похідних жирних кислот. Перемішують до рівномірного розподілення усіх компонентів у суміші. У таблиці 1 наведено декілька прикладів приготування комплексного реагенту в межах заявленого діапазону. 5 58226 6 Таблиця 1 Приклади приготування комплексного реагенту №№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Похідні жирних кислот ПАА 1,0 2,0 3,0 4,0 4,0 3,0 2,0 1,0 1,0 3,0 Вказаний полімерний компонент ПАЦ КМЦ КМОЕЦ ОЕЦ 7,0 7,0 6,0 8,0 2,0 Отриманий таким чином комплексний реагент в подальшому можна використовувати для приготування основи бурового розчину, буферної рідини, цементного чи тампонажного розчину наступним чином: в технічній (у т.ч. мінералізованій) воді розчиняють протягом 45-90 хв. необхідну концентрацію комплексного реагенту від 0,5 % до 3,0 % (при приготуванні цементних або тампонажних розчинів), від 3,0 % (при дообробках бурового розчину) до 20,0 % (при приготуванні буферної рідини), при цьому максимальна концентрація компле 11,0 Біопомер 11,0 10,0 4,0 7,0 Гумати лужних металів ВЛР 92,0 90,0 91,0 85,0 85,0 90,0 ГКР 85,0 87,0 90,0 92,0 ксного реагенту обґрунтована прокачуваністю та економічною доцільністю. Вказаний комплексний реагент, в залежності від передбачуваної операції (як-то: дообробка бурового розчину, приготування буферної рідини, цементного чи тампонажного розчину), можна приготувати безпосередньо на свердловині за допомогою цементного агрегату, додаючи у технічну воду розраховану кількість компонентів в межах заявлених співвідношень. Таблиця 2 Параметри бурових розчинів на основі комплексного реагенту в межах заявленого діапазону №№ п/п Буровий розчин +% комплексного реагенту (поз таблиці 1) 1 Реагент № 7-5 %, решта вода Поз 1 + 1,5 % Са(ОН)2 Реагент №9 -7 %, решта вода Поз 3 + 2 % глини + 7 % КСl Реагент № 10-6 %, решта вода Поз 5 + 26 % NaCl 2 3 4 5 6 Параметри бурового розчину При температурі 20 °С Після прогріву при температурі150 °С Ф, СНЗ1/10,  мПа*с , дПа Ф, СНЗ1/10,  , дПа см3/30хв дПа см3/30хв дПа мПа*с 4 29/37 27 39 5 45/62 35 48 5 32/51 31 42 5,7 29/34 18 35 4,5 33/42 30 45 5,5 52/69 35 53 5 29/35 25 35 7 18/21 12 45 4,2 63/89 78 145 2 55/78 62 112 7 45/52 69 95 6,8 45/51 35 67 Параметри бурових розчинів вимірювали за стандартними методиками. Запропоноване співвідношення компонентів у рецептурі комплексного реагенту для обробки бурових розчинів дозволяє забезпечити підвищення техніко-економічних показників буріння за рахунок отримання оптимальних фільтраційних властивостей, високої термостійкості і стійкості до дії високої концентрацій солей лужних та лужноземельних металів при низькому вмісті твердої фази у малота безглинистих системах (див. табл. 2). З таблиці 2 видно, що зниження концентрації полімерного компоненту до 4,0 % і ВЛР або ГКР до 85,0 % негативно впливає на структурно-реологічні властивості бурових розчинів, при цьому зменшується стійкість розчину до солей лужних та лужноземельних металів. Збільшення концентрації полімерного компоненту вище 7,0 %, а ВЛР або ГКР 7 58226 вище 92,0 % недоцільно, тому що збільшуються витрати хімреагентів, а структурно-реологічні та фільтраційні властивості і техніко-економічні показники буріння значно не поліпшуються. При цьому зниження концентрації похідних жирних кислот в рецептурі комплексного реагента нижче 1,0 % недостатньо для виконання призначених функцій, а збільшення вище 4,0 % - економічно недоцільно. У межах заявлених співвідношень компонентів комплексного реагенту усі склади бурового розчину достатньо термостійкі, що слідує з незначного збільшення показника фільтрації, який визначали після прогріву при 150 °С протягом 4 годин. З результатів прикладів приготування бурових розчинів, наведених у таблиці 2, видно, що комплексний реагент доцільно застосовувати у конце 8 нтраціях від 3,0 до 7,0 % до об'єму бурового розчину, при цьому така концентрація є оптимальною для мало- та безглинистих бурових розчинів. Дослідження антибактеріальних властивостей: За умовами ГОСТ 9.085-78 "Біостійкість бурового розчину" кількість мікроорганізмів у буровому розчині не повинна перевищувати 105 кл/мл (клітин у 1 мл). Приготували 0,3 %, мас. водного біополімерного розчину (Duovis) і обробили різними концентраціями продукту синтезу похідних жирних кислот. Залишили зразки на 5 тижнів при кімнатній температурі. Лабораторними дослідженнями доведено, що необроблений бактерицидом розчин після другого тижня втрачає реологічні властивості. Результати досліджень протягом 5 тижнів див. табл. 3. Таблиця 3 Реологія біополімерного розчину № Концентрація бактерициду, %, мас СНС10/10, дПа 1 2 3 4 5 0 0,05 0,1 0,15 0,2 5/5 5/5 10/14 40/42 55/59 З таблиці 3, поз. 5 видно, що при додаванні 0,2 % мас. (27,0 % мас. етилендіаміду + 35,0 % мас. моноацилгліцерину) розчин 5 тижнів не змінює показник СНС10/10, який дорівнює 55/59 дПа. Визначення протиспінюючих властивостей комплексного реагента: Піноутворення досліджувалось на 5,0 %, мас. бентонітовій суспензії, обробленій поверхнево Концентрація клітин, кл/мл > 105 >105 >105 103-104 102-103 активною речовиною (буровий розчин з вихідною густиною =1,06 г/см3). Буровий розчин піддавали збиванню на міксері "Воронеж-76" протягом 3-х хвилин, а потім вимірювали густину бурового розчину, що дало змогу оцінити можливість спінювання бурового розчину при бурінні. Такі дослідження проводять з додаванням піногасника. Таблиця 4 Дослідження протиспінюючої здатності різними методами Піногасник (продукт синтезу похідних жирних кислот) ЕДАД МАГ ЕДАД+МАГ Концентрація, % мас Густина, г/мл 0,04 0,04 0,04 0,8 0,78 0,92 З таблиці 4 видно, що суміш піногасників, утворена продуктами синтезу похідних жирних кіслот (ЕДАД і МАГ), має максимальний ступінь піногасіння. Визначення кількісної оцінки швидкості корозійних процесів. Результати дослідження захисту сталі від корозії продуктами синтезу похідних жирних кіслот (ЕДАД, МАГ) наводяться у графічному вигляді (див фіг.). Згідно балансу, при оптимальних умовах синтезу утворюються похідні жирних кислот, а саме етилендіаміди жирних кислот (ЕДАД) у кількості Об'єм емульсії, мл Стійкість плівки, с 26 35 20 3 4 0 29,6 % мас та моноацилгіцерини жирних кислот (МАГ) у кількості 35,1 % мас, при цьому захисний ефект забезпечується на рівні 98,0 %, а при 83,2 % мас ЕДАД захисний ефект забезпечується на рівні 89,0 %. Це можна пояснити тим, що при реакції олії та масел з етилендіаміном в присутності гліцерину утворюються ще моноацилгліцерини МАГ, яким властива велика адсорбційна здатність - 88,0 %. У таблиці 5 наведені основні параметри буферних рідин на основі комплексного реагенту для їх обробки при застосування різних концентрацій компонентів в межах заявленого діапазону. 9 58226 10 Таблиця 5 Параметри буферних рідин на основі комплексного реагенту в межах заявленого діапазону Буферна рідина + % комплексного реагенту (поз. таблиці 1) 1. 10 % № 6 решта вода 2. № 1 +50 % бішофіта 3. Термостатування при 100 °С 16 годин 4. 15 % № 7 решта вода 5. № 4 + 50 % пластової води 6. Термостатування при 100 °С 16 годин 7. 20 % № 9 решта вода 8. № 7+ 2 % Са(ОН)2 9 Термостатування при 100 °С 16 годин Розтічність, мм Основні вимірювані параметри Ф, см3/30 хв. СНЗ10/10, дПа 165 0 1,8 3,0 25/51 25/43 157 1,0 3,0 22/37 4,5 18/23 150 1,5 2,5 2,7 25/41 21/34 Запропоноване співвідношення компонентів у рецептурі комплексного реагенту для обробки буферних рідин (див. табл. 5) дозволяє отримувати в'язко-пружні властивості, що необхідні для надійного розділення фаз, які не повинні змішуватися (наприклад, буровий і цементний розчини). Як наведено вище, оброблена комплексним реагентом буферна рідина не буде коагулювати при контакті з мінералізованими і цементними (лужними) розчинами. З результатів прикладів приготування буферних рідин, наведених у таблиці 5, видно, що комплексний реагент доцільно застосовувати у концентраціях від 12,0 до 20,0 % до об'єму буферних рідин, при цьому оптимальним для буферних рідин є концентрація комплексного реагенту у межах 13,0-15,0 %. Оскільки проведені лабораторні і промислові дослідження показали стійкість комплексного реагенту до агресивної дії солей та лугів, зроблено висновок запропонувати його при обробці тампонажних і цементних сумішей з метою покращення їх технологічних властивостей. При цьому важливим є те, що додавання у комплексний реагент похідних жирних кислот, запобігає піноутворенню під час приготування цементного розчину та надає їм антикорозійних (до сульфатної корозії ), антибактерицидних властивостей за рахунок адсорбції поверхнево-активних, на основі похідних жирних кислот, речовин на по верхні металу. Крім того, вміст похідних жирних кислот дозволяє захистити продуктивний пласт за рахунок гідрофобізації порового простору, що поперше, запобігає проникненню шкідливого цементного розчину (фільтрату з вмістом вільного кальцію); а по-друге, зменшує міжфазний натяг флюїду, що полегшує його приплив після перфорації. Лабораторними дослідженнями доведено, що при додаванні 1,0 % похідних жирних кислот, показник високотемпературної фільтрації (ВТВТ) знижується приблизно на 7 мл/30 хв. - це свідчить про термопротекцію супутніх компонентів у складі цементного розчину (бурового розчину тощо). Запропоноване співвідношення компонентів у рецептурі комплексного реагенту при введенні у тампонажні (цементі) розчини дозволяє знижувати фільтрацію, водовідділення, седиментацію при температурах до 150 °С, збільшує час тужавіння розчинів в умовах дії високих температур (див. табл. 6). При готуванні тампонажного розчину здійснюють змішування цементу (марка цементу обирається в залежності від термобаричних умов цементування конкретної свердловини), комплексного реагенту 0,5 до 3,0 % від ваги цементу та води, взятої в кількості, що забезпечує розтічність від 20 до 23 см. В таблиці 6 наведені характеристики цементного каменю, отримані при наступному режимі випробувань: температура - 150 °С, тиск 100 мПа. 11 58226 12 Таблиця 6 Параметри тампонажних розчинів на основі комплексного реагенту в межах заявленого діапазону Тампонажний розчин + комплексний реагент (поз таблиці 1) В/Ц В, % D, см Ф, см3/30 хв. Час тужавіння, хв термостійкий шлакопіщаний цемент + комплексний реагент № 3 термостійкий шлакопіщаний цемент + комплексний реагент + № 9 термостійкий шлакопіщаний цемент + комплексний реагент + № 10 0,45 0,6 21 14 140 Міцність каменю ч/з 24 години при 20 °С 9,8 0,45 0,7 23 15 310 8,5 0,45 0,5 22 12 120 10,2 Таким чином, в залежності від тривалості проведення робіт (у т.ч. від термобарічних умов кріплення свердловин), можна регулювати параметри цементного розчину додаванням комплексного реагенту, змінюючи концентрацію складових, в межах заявленого діапазону, що буде суттєво впливати на час тужавіння, міцність каменю, корозійну стійкість тощо. Фізичні і механічні властивості отриманих з використанням запропонованих композиції комплексного реагенту тампонажних розчинів і цементного каменю визначають згідно ДСТУ БВ.2.7-86-99 "Цементи тампонажні. Методи випробувань". Вміст продукту синтезу в межах 1,04,0 мас % є оптимальним для запобігання піноутворення під час приготування рідини та замішування тампонажних розчинів. Перевагою представленого комплексного реагенту широко спектру застосування полягає в тому, що два з трьох компонентів виробляються в Україні, у межах їхнього вмісту у суміші забезпечує комплексному реагенту синергетичні властивості та отриманий технічний результат. Запропонований комплексний реагент є простим в приготуванні, використовує компоненти, які відповідають СанПІН № 4617-88 "Граничнодопустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони.". На основі результатів проведених дослідів можна стверджувати, що запропонований комплексний реагент може бути ефективно застосований при цементуванні обсадних колон в умовах висо ких температур (150 °С), що дозволить підвищити якість кріплення і довговічність нафтових, газових і газоконденсатних свердловин в гірничогеологічних умовах, ускладнених високими пластовими температурами та тисками. Важливим є також те, що комплексний реагент майже на 93,0 % складається з реагентів, які виробляються в Україні з недорогої сировини (гумати та жирні кислоти). Технічним результатом використання запропонованого комплексного реагенту для обробки бурових розчинів і буферних рідин є покращення фільтраційних властивостей, підвищення їх стійкості до дії високої концентрацій солей лужних та лужноземельних металів в умовах високих вибійних температур, поліпшення характеристик тампонажних і цементних розчинів за рахунок покращення їх здатності до зниження водовіддачі, водовідділення, запобігання піноутворенню, зниженню седиментації при температурах до 150 °С, а також отримані важливі функції інгібітора корозії при тривалому контакті з обладнанням, та бактерицида. Впровадження запропонованого комплексного реагенту для обробки бурових розчинів, буферних рідин, тампонажних і цементних розчинів дозволить зменшити витрати хімреагентів і часу при бурінні та кріпленні свердловин у складних гірничо-геологічних умовах. 13 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 58226 Підписне 14 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601