Реферат: Металлопроизводные гипана и возможности их применения в бурении
Гипан предназначен для снижения фильтрации неминерализованных, минерализованных и известковых буровых растворов и, как большинство полимерных реагентов, имеет недостаток – повышает вязкость буровых растворов. Модификация гипана производилась низкомолекулярными электролитами (солями тяжелых металлов – железа, меди, хрома, марганца) с целью получения новых производных, обеспечивающих более низкие реологические и структурно-механические свойства буровых растворов.
Гипан представляет собой не чистое вещество, а многокомпонентную смесь макромолекул. При введении в водный раствор гипана, например, солей меди происходит реакция комплексообразования. Простейшим экспериментальным подтверждением этому служит то, что окраска раствора зависит от соотношений СuSO4 ·5Н2 О, воды, гипана и может быть бурой, коричневой, светло-розовой, ярко-синей и голубой.
Наряду с карбоксильными группами в гипане имеются нитрильные и амидные группы. Первые определяют полиэлектролитные свойства, активно вступая во взаимодействие с ионами металлов, а нитрильные и амидные изменяют их свойства в том или ином направлении. Взаимодействие молекул полимера с комплексообразующими солями поливалентных металлов приводит к образованию макромолекулярных клубков. Изменение длины полимерных цепей полимера и геометрической формы макромолекул в растворе сказывается на изменении физико – химических и технологических свойств. Это приводит к тому, что создается раствор с регулируемыми свойствами дисперсионной среды.
В экспериментах использовался товарный гипан 10%-ной концентрации, соли: СuSO4 ·5H2 О, FeSO4 ·7H2 O, KMnO4 , К2 Сr2 О7 квалификации “чистый”, глинопорошки: каолиновый и монтморилловый.
Модификация гипана солями осуществлялась следующим образом: гипан растворялся в воде при соотношении гипан : H2 O как 1 : 4; в одной части воды растворялось определенное количество соли и раствор гипана тонкой струйкой при перемешивании вливался в раствор соли. Смесь выдерживалась 30 мин до полного реагирования компонентов. Далее готовый комплексный реагент использовался для обработки глинистых суспензий.
Вязкость полученных реагентов зависит от вида и количества добавляемой соли (таблица 1).
Таблица 1 - Влияние солей поливалентных металлов на кинетическую вязкость товарного гипана
| Содержание соли в гипане,% | Гипан, разб. в 5 раз | Кинетическая вязкость, 10·V, м2 /с | |||
| СuSO4 ·5H2 О | KMnO4 | FeSO4 ·7H2 O | К2 Сr2 О7 | ||
| - | 0,29 | - | - | - | - |
| 0,1 | 0,29 | 0,24 | 0,16 | 0,20 | 0,21 |
| 0,5 | 0,29 | 0,18 | 0,17 | 0,22 | 0,20 |
| 1,0 | 0,29 | 0,20 | 0,23 | 0,22 | 0,19 |
| 1,5 | 0,29 | 0,30 | 0,30 | 0,19 | 0,21 |
| 2,0 | 0,29 | 0,22 | 0,22 | 0,18 | 0,17 |
| 6,0 | 0,29 | 0,10 | 0,39 | 0,16 | 0,10 |
В зависимости от количества вводимой соли происходит подавление диссоциации ионогенных групп определенного компонента. Наибольшее загущающее действие на глинистые суспензии гипан оказывает при рН 10-12, когда его макромолекулы имеют оптимальные конформации [6]. Введение соли снижает рН до 7-8, что также обуславливает сворачивание его макромолекул в глобулы.
Применяя металлопроизводные гипана с относительно низкой исходной вязкостью для обработки пресных глинистых суспензий, получили соответственно низкие значения их условной вязкости и тиксотропии, что отражено в таблице 2. Из неё следует, что производные гипана по их разжижающему действию на глинистые суспензии располагаются в ряд: Мn-гипан › Сu-гипан › Fе-гипан › Сr-гипан.
Важными характеристиками глинистых суспензий являются их реологические показатели, так как они отражают состояние структуры суспензий в динамических условиях. Исследования показали, что глинистые суспензии, обработанные металлопроизводными гипана отвечают критериям качества, установленным Н.Н. Круглицким [7] (таблица 3). Исключение составляет Мn-гипан, добавка которого приводит к возрастанию условного динамического предела текучести (τ), значительно превосходящего допустимый предел, что может вызвать осложнения в процессе бурения в случае применения такого реагента.
Таблица 2 - Зависимость реологических показателей глинистых суспензий от состава металлопроизводных гипана
| Состав металлопроизводных | Показатели суспензий | |||
| 10·з, нс/м2 | 10·ф0 , н/м2 | Т 100/200 , С | 106 ·В,см3 /30мин | |
| Гипан | 39 | 132 | Не течёт | 8 |
| Гипан,разб в 5 раз | 41 | 99 | 20 | 5 |
| Fе-гипан | 35 | 72 | 9,0 | 5 |
| Сu-гипан | 33 | 51 | 8,0 | 4 |
| Мn-гипан | 37 | 201 | 7,0 | 4 |
Таблица 3 - Сравнительное действие различных металлопроизводных гипана на пресные глинистые суспензии
| Показатели суспензий | Количество соли в реагенте, кг | |||||||||||||
| Исходная суспензия | гипан, разбавленный в 5 раз | KMnO4 | KuSO4 ·5H2 O | FeSO4 ·7H2 O | K2 Cr2 O7 | |||||||||
| 0.0002 | 0.002 | 0.006 | 0.0002 | 0.002 | 0.006 | 0.0002 | 0.002 | 0.006 | 0.002 | 0.006 | ||||
| Условная вязкость, с | не течет | 37 | 22 | 14 | 14 | 32 | 18 | 14 | 42 | 18 | 14 | 53 | 49 | |
|
Водоотдача, 6·10-10 , м3 /с | 10,6 | 4 | 6 | 4 | 5 | 5 | 6 | 4 | 5 | 4 | 5 | 6 | 5 | |
| Статическое напряжение сдвига, 10-1 н/м2 | 200 | 70/105 | 145/200 | 51/126 | 15/81 | 89/115 | 28/78 | 9/25 | 142/160 | 55/83 | 15/18 | 117/200 | 105/180 | |
Примечание: в опытах 3-5 использовался гипан, разбавленный водой в 5 раз; содержание низкомолекулярного электролита состаляло 6 г на 600 мл разбавленного гипана.
Заключение
Таким образом, лабораторные испытания показали, что металлопроизводные Сu-гипан и Fе-гипан являются перспективными для использования в бурении в качестве регуляторов реологических и структурно- механических свойств буровых растворов. Исходя из этого на скважине 12 Судовицкой площади были проведены промышленные испытания медно-акрилового реагента (Сu-гипана), которые подтвердили его способность снижать указанные показатели.
Бурение разведочных скважин на Судовицкой площади осложняется интенсивным загустеванием бурового раствора за счёт выбуриваемых высококоллоидальных глин, а также наличием зон поглощения.
Во избежание указанных осложнений медно-акриловый реагент применен с глубины 170 м после разбуривания цементного стакана в башмаке кондуктора. Медно-акриловый реагент готовили в глиномешалке (4м3 ) при соотношении СuSO4 ·5H2 О : гипан как 0,5-1,0 : 6 и разбавлялся водой в 8-10 раз. Готовый реагент тонкой струйкой вводился в циркуляционную систему. Разжижающий эффект наблюдался при его содержании 5-10% от объёма бурового раствора. Такое содержание реагента в буровом растворе позволило поддерживать параметры на уровне: γ = 1,14-1,17-1,19 кг/м3 , Т=30-40-50 с, 106 ·В=6-10м3 /30мин, 10-СНС1/10 =30-50/48-58г/м2 ,103 ·К=1м. При движении раствора по желобам он характеризовался высокой текучестью и подвижностью.
Из сравнения кавернограмм скважин 12 и 7 Судовицкой площади (последняя бурилась с химической обработкой КССБ, КМЦ и др. реагентами) видно, что ствол скважины 12 по всему надсолевому комплексу сохраняет практически номинальный диаметр, в стволе же скважины 7 имеются каверны значительных размеров, что вызвало сильное поглощение бурового раствора. Поглощений при бурении скважины 12 не наблюдалось.
Таким образом, проведенные исследования и результаты промышленных испытаний показали перспективность использования медно-акрилового реагента в бурении.
Литература
1. Ивачёв П.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. - М,: Недра. 1993.-102 с.
2. Паус К.Ф. Буровые промывочные жидкости.-М, : Недра. 1967.-96 с.
3. Сатаев И.К., Ахмедов К.С. Водорастворимые полиэлектролиты в бурении.-Уфа. 1992.-148 с.
4. Злотник Д.Е. Исследование и получение гидролизованного полиакрилонитрила (гипана). Сб. научных трудов ВНИИБТ.-М., 1961.-С. 48-59.
5. Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам.-М.,: Недра. 1979.-С. 49-61.
6. Злотник Д.Е. Применение гипана для стабилизации буровых растворов.-М., Труды ВНИИБТ, 1971.-С.45-47.
7. Круглицкий Н.Н. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. – Киев, Наукова думка. 1968.-167 с.