Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния и проблем промышленного применения эмульсионных растворов на утлеводородной основе в сложных гео ло-технических условиях 7
Е1. Обобщение опыта промышленного применения эмульсионных растворов на углеводородной основе, их достоинства и недостатки 8
1.2. Анализ существующих решений направленных на повышение эффективности применения ЭРУО при бурении пологих скважин 22
1.3. Экологические аспекты применения ЭРУО и пути снижения их отрицательного влияния на окружающую природную среду 33
1.4. Пути повышения технологической эффективности применения ЭРУО и снижения их отрицательного воздействия на ОПС. Постановка задачи исследований 41
2. Исследование и совершенствование систем эмульсионных растворов на углеводородной основе для бурения скважин в сложных геодого-технических условиях 43
2.1. Выбор нефтерастворимых полимеров и методов оценки эффективности 44
2.2. Экспериментальные исследования с целью изучения влияния выбранных образцов нефтерастворимых полимеров на показатели свойств и стабильность ЭРУО... 47
2.3. Исследование закономерностей диспергирующего действия ЭРУО на выбуренный глинистый шлам и оценка влияния окиси кальция на показатели свойств и стабильность растворов
2.4. Разработка оптимального рецептурного состава и технологии приготовления раствора «ЭМУЛЬПОЛ» 66
2.5. Выводы 74
Исследование влияния нрп-20м и системы «эмульпол» на показатели качества вскрытия продуктивных пластов 75
3.1. Обоснование методики проведения экспериментов, выбор технологических жидкостей и кернового материала для их проведения 75
3.2. Экспериментальные исследования по сравнительной оценке влияния различных систем ЭРУО на фильтрационно-емкостные характеристики продуктивных пластов 81
3.3. Разработка и исследования блокирующего состава «ЭМУЛЬПОЛ-БС» 90
3.4. Выводы 97
Разработка и исследование эмульсионной системы «экопол» на основе промышленныхминеральных масел и солей муравьиной кислоты 99
4.1. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей процесса сольватации дисперсной фазы ЭРУО в низкоароматических углеводородных средах 102
4.2. Экспериментальные исследования с целью выбора эффективных структурообразователей ЭРУО на основе минеральных масел 108
4.3. Разработка рецептурных вариантов систем «ЭКОПОЛ» с водной фазой минерализованной формиатами натрия и калия, оценка их технологических свойств и устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов 115
4.4. Выводы 133
5. Промысловые испытания 135
5.1 Лабораторные испытания системы «ЭМУЛЬПОЛ» в качестве жидкости глушения скважин на месторождениях СП «Вьетсовпетро» 13 5
5.2. Результаты применения системы «ЭМУЛЬПОЛ» на действующих скважинах 141
Основные выводы и рекомендации 144
Литература 146
- Анализ существующих решений направленных на повышение эффективности применения ЭРУО при бурении пологих скважин
- Исследование закономерностей диспергирующего действия ЭРУО на выбуренный глинистый шлам и оценка влияния окиси кальция на показатели свойств и стабильность растворов
- Экспериментальные исследования по сравнительной оценке влияния различных систем ЭРУО на фильтрационно-емкостные характеристики продуктивных пластов
- Разработка рецептурных вариантов систем «ЭКОПОЛ» с водной фазой минерализованной формиатами натрия и калия, оценка их технологических свойств и устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Дальнейшее успешное развитие ТЭК в стране во многом зависит от опережающего, в сравнении с достигнутым уровнем добычи, прироста извлекаемых запасов углеводородного сырья промышленных категорий. Перспективы расширения минерально-сырьевой базы в России тесно связаны с темпами ведения геологоразведочных работ на нефть и газ, бурением глубоких (наклонных, горизонтальных, многозабойных) и сверхглубоких скважин в сложных горно-геологических, термобарических и природно-климатических условиях. Эффективность бурения в значительной мере зависит от бурового раствора, тип и свойства которого влияют на качество строительства скважин, определяют возможность предупреждения осложнений и успешность вскрытия и освоения продуктивных пластов. В настоящее время прилагается немало усилий для предотвращения повреждения продуктивных пластов в период их первичного и вторичного вскрытия от загрязнения буровыми растворами на водной основе - основного типа промывочных жидкостей, применяемых в России. При ведении буровых работ в последнее время отмечена тенденция к расширению применения эмульсионных растворов на углеводородной основе (ЭРУО), связанная с их известными преимуществами: инертность к разбуриваемым породам, низкая фильтрация, одинаковая физико-химическая природа углеводородной основы растворов и флюидов, насыщающих продуктивный пласт, сохранение естественной продуктивности, хорошие смазочные и антикоррозионные свойства, высокая устойчивость к рапопроявлению и сероводородной агрессии.
Однако конкретные положительные результаты, получаемые при применении даже наиболее перспективных отечественных систем ЭРУО, значительно ниже их потенциальных возможностей. Актуальной задачей является совершенствование ЭРУО для повышения эффективности строительства скважин и сложных геолого-технических условиях.
Цель работы. Повышение эффективности буровых работ и качества вскрытия продуктивных пластов путем разработки рецептуры и технологии приготовления термостабильного ЭРУО с улучшенными технологическими и экологическими характеристиками. Основные задачи работы.
-
На основе анализа современного состояния промышленного применения ЭРУО в сложных геолого-технических условиях определить основные проблемы и направления совершенствования рецептур и технологии приготовления буровых промывочных жидкостей.
-
Оценка влияния термостойких нетоксичных нефтерастворимых полимеров (НРП) на физико-химические свойства углеводородной основы ЭРУО, технологические показатели раствора и его устойчивость к воздействию высо-
ких температур. Выявление влияния состава и свойств ЭРУО на его диспергирующую способность по отношению к глинистому шламу.
-
Исследование влияния основных компонентов ЭРУО на проницаемость призабойной зоны продуктивного пласта.
-
Разработка рецептурного ряда и технологии приготовления ЭРУО для бурения скважин и вскрытия продуктивных пластов в различных геолого-технических условиях.
-
Разработка нормативных документов и оценка промышленной эффективности разработанной системы эмульсионных растворов при бурении и ремонте скважин.
Научная новизна.
-
Теоретически обоснован метод регулирования реологических и структурно-механических свойств ЭРУО введением в него нефтерастворимого полимера - полиизобутилена. Показано, что добавка полиизобутилена увеличивает температуру вспышки дисперсионной среды в среднем на 40% и уменьшает его испаряемость в 20 раз.
-
Впервые исследовано влияние полиизобутилена и окиси кальция на диспергирующую способность эмульсионных систем на основе амино-амидных эмульгаторов. Показано, что модифицированная система обладает в 3 раза меньшей диспергирующей способностью по сравнению с исходным раствором.
-
Теоретически определен и экспериментально подтвержден эффект сохранения естественной проницаемости продуктивных пластов при воздействии компонентного состава разработанного раствора «ЭМУЛЬПОЛ».
-
Научно обоснована возможность разработки высокостабильной низкотоксичной модификации раствора на основе минеральных масел и замены в их составе хлоридов натрия и кальция биоразлагаемыми, менее токсичными солями муравьиной кислоты.
Практическая ценность.
-
На основании проведенных исследований разработан реагент НРП-20М на основе полиизобутилена с молекулярной массой 20000. Использование данного реагента позволяет оперативно регулировать реологические и фильтрационные свойства технологических эмульсионных жидкостей, повышать их стабильность, обеспечить соответствие их свойств свойствам углеводородных жидкостей с позиции сохранения фильтрационно-емкостных свойств продуктивных пластов.
-
Разработаны рецептура и технология приготовления универсальной системы «ЭМУЛЬПОЛ» с широким спектром реологических и фильтрационных свойств, обеспечивающих эффективность ее применения по различному технологическому назначению в условиях температур до 200С в широком диапазоне плотностей от 0,84 до 2,3 г/см3. Разработана технология получения стабильных базовых концентратов раствора, что существенно упрощает процесс его приготовления на буровой.
-
Для глушения скважин в условиях АНПД, градиенты пластовых давлений которых значительно ниже потенциально достижимой минимальной плотности системы «ЭМУЛЬПОЛ», разработан блокирующий состав «ЭМУЛЬ-ПОЛ-БС», позволяющий сохранять фильтрационно-емкостные свойства продуктивного пласта и предотвращать поглощение технологической жидкости при репрессии до 15,0 МПа. В зависимости от геологических условий «ЭМУЛЬПОЛ-БС» может использоваться совместно с основной системой «ЭМУЛЬПОЛ» или с любой другой жидкостью глушения.
-
Для районов с повышенными требованиями по охране окружающей средь; разработана низкотоксичная модификация раствора «ЭМУЛЬПОЛ» -«ЭКОПОЛ» на основе недефицитных минеральных масел, являющихся продуктом крупнотоннажного производства нефтеперерабатывающих заводов, с водной фазой, минерализованной солями муравьиной кислоты.
Реализация работы в промышленности. Освоено промышленное производство полимерной композиции по ТУ 2458-027-54651030-2009 «Регулятор реологии и фильтрации НРП-20М» (СЭЗ № 31.БО.17.245.П.000856.05.09 от 14.05.2009). Разработаны и утверждены нормативные документы на систему «ЭМУЛЬПОЛ», включающие:
ТУ 2458-007-39743384-10 «Эмульсионный раствор на углеводородной основе «ЭМУЛЬПОЛ»;
«ИНСТРУКЦИЯ по приготовлению и применению эмульсионного бурового раствора на углеводородной основе «ЭМУЛЬПОЛ».
В качестве жидкости глушения «ЭМУЛЬПОЛ» успешно применен в скважине №258 куст 2 Южно-Хыльчуюского месторождения. По результатам тендерных испытаний «ЭМУЛЬПОЛ» рекомендован в качестве технологической жидкости для реализации «Технологии глушения и промывки скважин с аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД) на шельфе Вьетнама». В качестве промывочной жидкости «ЭМУЛЬПОЛ» включен в проекты на бурение глубоких высокотемпературных скважин №1016 Андреевская и №2 Сафа-ралинская.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на: 6-ой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности (ГАЗПРОМ, Москва, РГУ нефти и газа им. Губкина, 2005г.), 60-ой Межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ-2006», (Москва, РГУ нефти и газа им. Губкина), 4-ой, 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия» (Москва, РГУ нефти и газа им. Губкина, 2008, 2010г.), VIII-ой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, РГУ нефти и газа им. Губкина, 2009г.), XIII, XIV, XV Международной научно-практической конференции «Эфиры целлюлозы и крахмала. Опыт и особенности применения на предприятиях нефтегазового
комплекса» (Суздаль, 2009, 2010, 2011 гг.), VII и VIII-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса в России», посвященной 80-летию РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (Москва, 2010).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 24 печатных работах, в том числе, в 5 статьях в печатных изданиях, включенных в перечень ВАК, в 14 тезисах докладов и 5 материалах научно-технических конференций, в одном патенте на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, содержащего 113 наименований и приложения. Она изложена на 196 страницах, содержит 12 рисунков, 50 таблиц и 7 приложений.
Анализ существующих решений направленных на повышение эффективности применения ЭРУО при бурении пологих скважин
Большинство из представленных в таблице 1.1.2 рецептур имели ряд существенных недостатков, что ограничивало область их применения и не позволяло реализовать их достоинства как углеводородных жидкостей. Неэффективность применения таких ЭРУО при бурении скважин обусловлена рядом причин и, в первую очередь, несовершенством самих растворов, отсутствием серийно выпускаемых специальных материалов и реагентов, необходимых для надежного функционирования системы. Отсутствие в составе ЭРУО органофильных структурообразователей и стабилизаторов приводило к тому, что необходимые значения структурно-механических свойств раствора достигались повышением вязкости путем увеличения содержания водной фазы до 60-70 %. Высокие вязкости явились причиной низких технико-экономических показателей бурения, не эффективности или невозможности использования очистных устройств, больших потерь раствора.
Отсутствие в рецептурах растворов комплекса реагентов, выполняющих роль гидрофобизаторов, нефтесмачивателей и регуляторов вязкости, приводило к нарушению агрегативной и седиментационной устойчивости, наработке неоправданно больших объемов раствора и повышению экологической нагрузки на окружающую природную среду.
Первые классические варианты рецептур отечественных ЭРУО -«Эмультон» (ЭРУО-1) [20,22] и «Эмульгар» (ЭРУ0-2) [19,21], появились в середине 80-х годов вместе с освоением производства органофильных бентонитов. Обе системы разработаны на основе освоенного производством комплекса специальных материалов и реагентов выполняющих роль основных и вспомогательных эмульгаторов, структурообразователей, стабилизаторов и гидрофобизаторов. Растворы конкурентно способны на мировом рынке, о чем свидетельствуют результаты их тестирования в независимой лаборатории совместно с зарубежными аналогами [23]. «Эмультон» - система на основе смеси эфиров таллового масла, олеиновой кислоты и триэтаноламина. «Эмультон» прост в приготовлении и регулировании свойств и предназначен для массового бурения в условиях температур до 150С. «Эмультон» (ЭРУО-1, РУО-ИЭР) прошел широкую промышленную апробацию для бурения вертикальных и горизонтальных скважин, вскрытия продуктивных пластов на месторождениях Западной и Восточной Сибири [24,25,26,27,28,29,30].
«Эмульгар» - система на основе кальциевых мыл высокомолекулярных синтетических кислот. “Эмульгар” - буровой раствор специального назначения, предназначен для бурения скважин в сложных геологических условиях, характеризующихся наличием неустойчивых, подверженных гидратации горных пород, солевых отложений, высоких забойных температур (до 200С), пластов, содержащих сероводород. Впервые в отечественной практике на данной системе были успешно пробурены глубокие скважины, геолого-технические условия которых, сочетали в себе высокие температуры (150С), АВПД (плотность растворов 2,0-2,25 г/смо) и наличие в пластах высокого содержания сероводорода [31,32,33].
Достоинством данных систем являлось то, что за исключением основного эмульгатора они были полностью унифицированы. Это позволяло в зависимости от изменения условий по мере углубления скважины плавно переходить от одной системы к другой без остановки процесса бурения.
Однако, прекращение в России производства синтетических жирных кислот и, как следствие их кубовых остатков (КО СЖК) - основного компонента комплексного эмульгатора системы «Эмульгар» явилось причиной прекращения использования данной системы на отечественном рынке. Попытки использования более низкомолекулярных природных органических кислот существенно снижало термостойкость раствора и его устойчивость к воздействию дестабилизирующих факторов.
В связи с этим, возникла необходимость существенной модификации раствора «Эмультон» с целью расширения области его эффективного приме 17 нения. Это, в первую очередь, связано с рядом негативных явлений возникших при использовании данной системы для бурения наклонно-направленных скважин большого диаметра в неустойчивых глинистых отложениях [34,35,36].
Наклонно-направленная скважина № 1 Арабляр-море-южная была заложена в пределах площади с целью поисков залежей нефти и газа в нижнемеловых отложениях дна Каспийского моря. Конструкция скважины представлена на рисунке 1.1.1.
Протяженность и траектория ствола скважины, предварительные расчеты времени устойчивости ствола скважины в соответствии с проектными данными по показателю увлажняющей способности бурового раствора, явились решающими факторами при выборе ЭРУО с высокой степенью минерализации водной фазы. В связи с этим, было принято решение из под кондуктора скважину бурить на растворе «Эмультон», который наряду с низким значением показателя По, имел широкий диапазон структурно-реологических свойств, низкую фильтрацию, обладал хорошей смазывающей способностью и был стабилен в условиях ожидаемых забойных температур до 140С. Высокая толерантность к содержанию выбуренной породы, устойчивость к загрязняющим факторам (цемент, пластовая вода и т. д.) позволяла использовать очищенный и дообработанный объем раствора «Эмультон» для бурения последующих интервалов.
В целом при бурении всех интервалов показатели свойств раствора соответствовали проектным значениям (таблица 1.1.З.), однако, сложность их регулирования, в первую очередь плотности, была очевидна. Была отмечена недостаточная выносящая способность раствора, что приводило к постоянным затяжкам и посадкам бурильного инструмента при спускоподъемных операциях, к увеличению количества нерегламентированных промывок скважины. Стандартный состав раствора «Эмультон» не позволял оперативно готовить вязкие пачки для удаления скоплений шлама, что существенно осложняло процесс углубления скважины.
Исследование закономерностей диспергирующего действия ЭРУО на выбуренный глинистый шлам и оценка влияния окиси кальция на показатели свойств и стабильность растворов
Первоначально каждая фирма имела свою запатентованную синтетическую основу ЭРУО, однако в дальнейшем фирменные составы растворовВ дальнейшем свой фирменный состав ЭРУО были скорректированы применительно ко всем наиболее доступным типам биоразлагаемых жидкостей и их композиций. Выбор той или иной жидкости в конкретных условиях определялся местоположением скважины, геолого-техническими условиями бурения и возможностями логистики, в мировой практике такие растворы в основном используют при бурении на море из-за более высоких экологических требований, предъявляемых к морскому бурению. Использование таких систем для бурения на суше не является характерным, вследствие их высокой стоимости.
В отечественной практике вопросы снижения экологической нагрузки на ОПС при использовании РУО исторически были в основном направлены на совершенствование самих систем, технологии и технических средств, используемых для их приготовления и применения [106]. Значимость эффективности технологического процесса в решении экологических проблем общеизвестна. Разработка новых высокостабильных модификаций известково-битумных растворов - ИБР 2,4 и эмульсионных систем - «Эмультон» и «Эмульгар» позволила кратно снизить наработку раствора, в 2-3 раза сократить расход углеводородных жидкостей при бурении аналогичных скважин. Оптимальные реологические свойства растворов и использование современных средств очистки обеспечили минимальную толщину пленки раствора на выбуренной породе, а постадийный отмыв шлама, позволил сократить содержание в нем углеводородов до 16 г/кг. Неограниченная временная устойчивость данных систем обеспечила возможность их многократного использования при бурении последующих скважин. Данные технологические решения способствовали внедрению технологии безамбарного бурения с вывозом шлама в специальные места захоронения, что позволило практически исключить контакт растворов с ОПС и реализовать их достоинства в районах с повышенными требованиями по охране окружающей среды.
Впервые вопросы общего снижения токсичности отечественных ЭРУ О централизованно были поставлены в конце 80-х годов. В результате проведенных исследований были разработаны низкотоксичные модификации растворов (РУО-НТ), основу которых составляли различные образцы жидких парафинов, с содержанием ароматики менее 1% [90]. Однако, в силу ряда причин, объемы применения данных систем были ограничены только результатами их испытаний на одной скважины. Кроме того, существенным недостатком жидких парафинов являлась достаточно высокая температура их застывания (-10С).
В конце 90-х годов по инициативе ОАО «Газпром» были начаты работы по разработке отечественных рецептур эмульсионных растворов на синтетической неводной основе (РНСО). Отечественная потребность в таких растворах была велика и напрямую связана с развитием буровых работ на шельфе Арктических морей. Разработка данных месторождений требовала строительства скважин с большим (5-7 км) отклонением ствола, бурение которых возможно только с применением растворов на неводной основе.
Анализ конъюнктуры отечественного рынка в области производства синтетических биоразлагаемых углеводородных жидкостей (СБУЖ), позволил определить перспективных направления в их выборе [92]. Кроме того, в лабораторных условиях была отработана технология производства определенных типов СБУЖ с привязкой к возможности их крупнотоннажного производства [96,105]. В результаты исследований были разработаны различные модификации РНСО [75,93,94,101,103,104.] с различной термостабильностью, которые по своим показателям свойств и устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов не уступают зарубежным аналогам. Разработана инструкция по технологии приготовления и применения РНСО [91], различными методами биотестирования проведена оценка их токсикологических свойств и биодеградации, проведены необходимые расчеты класса опасности [95,97,98,99,100,102].
Однако, разработанные системы РНСО в отличие от их зарубежных аналогов, не нашли применения в отечественной нефтяной и газовой промышленности. Это связано с постоянным изменением конъектуры отечественного рынка производства СБУЖ, высокой стоимостью (в 2,5-3 раза выше стоимости дизельного топлива) и дефицитностью, большими сложностями, связанными с логистикой, особенно в отдаленные районы страны. Кроме того, результаты исследований токсичности и биодеградации СБУЖ показали, что общие достоинства данных жидкостей, широко рекламируемых за рубежом, не всегда в полной мере распространяются на отдельные их виды. Например, низкая токсичность не всегда сопровождается высокой степенью биоразлагаемости и, наоборот, высокая биоразлагаемость приводит к трансформации в ОПС с образованием более токсичных продуктов.
Таким образом, в настоящее время возникает необходимость проведения дополнительных исследований с целью разработки низкотоксичных ЭРУО на основе не дорогих и не дефицитных углеводородных жидкостей, являющихся продукцией крупнотоннажного производства и широкого потребления в различных отраслях народного хозяйства. Актуальность данной работы напрямую связана с большими перспективами использования ЭРУО в районах Западной и Восточной Сибири для бурения скважин и вскрытия продуктивных пластов, в том числе горизонтальными стволами, в условиях АНПД и неустойчивых отложениях, где использование дизельного топлива связано с большими проблемами.
Разработка ЭРУО на основе новых низкотоксичных углеводородных жидкостей довольно сложная научно-техническая задача. Это связано с тем, что наиболее важные характеристики дисперсионно среды, определяющие эксплуатационные свойства ЭРУО как и ее экологическую пригодность зависят от группового углеводородного состава. Это вязкость, температура вспышки, температура застывания, плотность, растворяющая и сольвати-рующая способности в отношении других компонентов ЭРУО.
Однако, сложность проблемы разработки ЭРУО на основе таких жидкостей состоит в том, что низкое содержание или отсутствие ароматики резко ограничивает степень сольватации твердой фазы и диспергирования органо-фильных структурообразователей, являющихся важнейшими факторами для обеспечения агрегативной и седиментационной устойчивости системы.
Экспериментальные исследования по сравнительной оценке влияния различных систем ЭРУО на фильтрационно-емкостные характеристики продуктивных пластов
Ассортимент материалов и реагентов должен обеспечивать требуемые показатели свойств раствора в зависимости от конкретных геолого-технических условий, обеспечивая при этом высокие технико-экономические показатели. Все компоненты, входящие в состав раствора, должны серийно выпускаться промышленностью и иметь удобный для применения товарный вид.
При выборе допустимых значений показателей свойств системы «ЭМУЛЬПОЛ», обеспечивающих эффективную гидравлическую программу промывки, исходили из общих требований, предъявляемым к буровым растворам [4,110], применительно к растворам на углеводородной основе: - минимально возможная вязкость при высоких скоростях сдвига для увеличения механической скорости проходки; - достаточно высокая вязкость при эффективных скоростях сдвига в затрубном пространстве для обеспечения надлежащей очистки ствола скважины, при этом величина вязкости не должна вызывать избыточные гидродинамические давления; - достаточная прочность структуры для удержания барита и шлама во взвешенном состоянии.
Для выполнения указанных требований численные значения показателей структурно-реологических свойств должны быть минимально возможными для углеводородных систем и близки к значениям параметров водных систем той же плотности. При этом необходимо отметить, что минимальные реологические свойства системы ЭМУЛЬПОЛ» при данном содержании дисперсной фазы, соответствуют максимуму стабильности раствора.
Учитывая вышеизложенное, при разработки новой системы был определен следующий диапазон возможных изменений численных значений технологических показателей свойств. Условная вязкость, с (при истечении 100 смо раствора из 200 по ВБР-1) - 10- 50 Статическое напряжение сдвига, дПа через 1 мин покоя - 6 - 50 через 1о мин покоя - 9 - 60 Пластическая вязкость, мПах - 10 - 50 Динамическое напряжение сдвига, дПа - 20 - 180 Коэффициент коагуляционного структурообразования, с"1 - 200 Электростабильность, В - 250 Седиментационная устойчивость, г/смл (разность плотностей верхнего и нижнего слоев) раствора после автоклавирования при забойной температуре - 0,05
Довольно широкий диапазон возможных изменений показателей структурно-реологических свойств в данном случае связан с применением растворов различной плотности.
Необходимость в использовании данного типа систем возникает при бурении особо сложных интервалов геологического разреза скважины, обычно на больших глубинах. При переходе на промывку ЭРУО требуется разовое приготовление больших объемов раствора определенной плотности. Высокая лиофобность утяжелителей по отношению к углеводородной среде обуславливает его большую значимость в процессах формирования вязкостных и структурных свойств системы и ее стабильности. Количество утяжелителя является основным фактором, определяющим требуемое содержание структурообразующих компонентов в растворе и концентрацию АПченииПизирующих добавок. В связи с этим, для практического применения целесообразно разрабатываемую систему «ЭМУЛЬПОЛ» представить в виде рецептурного ряда растворов различной плотности. Предварительные исследования позволили определить ряд основных позиций, которые легли в основу решения поставленной задачи, а именно: - базовой системой является неутяжеленная эмульсия плотностью 1,0 г/см с соотношением фаз углеводород ; вода = 60 ; 40, со стандартным содержанием основных компонентов; - углеводородная среда - дизельное топливо; - в качестве водной фазы использован водный раствор хлорида каль-ция плотностью 1,25 г/см ; - мел в составе неутяжеленных эмульсий играет роль тонкодисперсного наполнителя; - утяжеление эмульсии производят при одновременным разбавлении раствора дизельным топливом отдельно или в виде соляро-баритовой пульпы с целью получения требуемых технологических показателей; - до плотности раствора 1,2 г/см возможно утяжеление мелом (карбонатный утяжелитель, УМС) или баритом, далее только баритом; - плотность барита - 4,2 г/см3; - при утяжелении на 0,1 г/см3 содержание исходной эмульсии в 1 м3 готового раствора уменьшается на 44 л; - количество гидрофобизатора берется и расчета 1% (на активную часть) к весу утяжелителя или тонкодисперсного наполнителя; - после утяжеления в состав раствора дополнительно вводят эмульгатор в количестве 0,25% на его объем.
Приготовление растворов с плотностью меньшей, чем плотность базовой эмульсии осуществляется только изменением соотношения фаз эмульсии в сторону увеличения содержания дизельного топлива и соответствующей корректировкой содержания основных компонентов раствора. При более высокой плотности необходимое количество дизельного топлива и барита рассчитывают следующим образом.
Разработка рецептурных вариантов систем «ЭКОПОЛ» с водной фазой минерализованной формиатами натрия и калия, оценка их технологических свойств и устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов
В данной главе представлены результаты исследования по разработке рецептур ЭРУО на основе минеральных, являющихся крупнотоннажным производством ряда нефтеперерабатывающих заводов. Исследования были проведены на следующих образцах минеральных масел: - масло всесезонное гидравлическое ВМГЗ, ТУ 38.101479-00; - масло гидравлическое всесезонное «Раунд-ВМГЗ (РВМГЗ) ТУ 38.401-58-322-2003 - основа рабочей жидкости РЖ-8у (РЖ-8у) для обработки металлов ТУ 0258-017-00151911-99; - основа маловязкой СОЖ (СОЖ), ТУ 0258-035-00151911-05; - основа промывочного масла (ОПМ), ТУ 38.301-29-40-95; .- группа образцов деароматизированного дизельного топлива одного фракционного состава с близкими физико-химическими свойствами, в том числе, образец ДТ II (содержанием ароматических углеводородов 1%, серы 0,095%), представляющего собой новый продукт производства ООО «Лу-койл-Волгограднефтепереработка».
Показатели физико-химических свойств исследуемых образцов масел представлены в таблице 3.1.
Анализ представленных в таблице данных показывает, что все исследуемые образцы масел не создают проблем по позициям температур вспышки и застывания. За исключением маловязкой основы СОЖ и ДТ-П все масла имеют более высокие вязкости, что очевидно требует серьезной корректировки соотношения фаз ЭРУО. іМасла средней и низкой вязкости - РЖ-8у, СОЖ, ДТ-П и РВМГЗ. наиболее пригодны для использования в качестве ос 100 новы высокоутяжеленных ЭРУО. Важным критерием, позволяющим оценить возможность использования углеводородной жидкости в качестве основы ЭРУО, является ее поверхностное натяжение на границе с водной фазой раствора. Результаты измерения поверхностного натяжения образцов масел на границе с пресной водой и растворами солей (таблица 3.2), позволяют сделать следующие выводы. -компонент дизельного топлива с содержанием ароматических угле водородов о,1-1,0%.
Практически все исследуемые масла имеют более высокое поверхностное натяжение, которое существенно повышается при переходе к водными растворами хлоридов натрия и кальция. Этот фактор необходимо учесть при формировании компонентного состава растворов Исключения составляют ВМГЗ и РММГЗ. Очевидно, это связано с наличием в них присадок, так как, данные масла являются номенклатурной товарной продукцией нефтеперерабатывающих заводов. Вряд ли данный фактор следует считать положитель 101 ным, так как, наличие присадок может существенно сказаться на стабильности ЭРУО. Остальные образцы являются основами масел различного технологического назначения и не содержат присадок. Обращает на себя внимание низкие значения поверхностного натяжения всех масел на границе с водным раствором формиата натрия.
В регламентированных показателях свойств масел нет содержания ароматических углеводородов, однако обычно эта величина не превышает 2% и зависит от используемой при переработки нефти. Массовая доля серы не превышает 0,02%. В дальнейшем все исследуемые образцы объединены общим названием - «минеральные масла» Основные задачи исследования предусматривали: - исследование закономерностей процесса сольватации тонкодисперсных наполнителей в среде минеральных масел, так как, величина и прочность защитного сольватного слоя играет доминирующую роль в обеспечении аг-регативной и кинетической стабильности дисперсных систем, в формировании их вязкостных и структурных свойств;
