ЛекцииПЖ_1_2013

Молекулы или полианионы реагента адсорбируются на кромке глинистой частицы и вместе с гидратирующими их молекулами воды образуют на частицах глины мощные защитные оболочки. Отсюда усиливается структурно-механический барьер повышается агрегативная устойчивость глинистой суспензии.

Молекулы ( полианионы ) реагента, попадая в глинистую корку закупоривают промежутки между частицами твердой фазы и уменьшают проницаемость корки.

Реагент не связанный с глинистыми частицами и остающийся в дисперсионной среде увеличивает вязкость фильтрата. Снижение проницаемости фильтрационной корки и повышение вязкости фильтрата приводит к понижению водоотдачи глинистого раствораю

Изменение реологических и структурных свойств глинистого раствора зависит от минерализации глинистого раствора и свойств полимера.

Возможны три случая:

1.минерализованный глинистый раствор + линейный анионный полиэлектролит.

2.минерализованный раствор + неионогенный полимер

3.пресный глинистый раствор + любой полимер.

41

Основным назначением высокомолекулярных реагентов - понижение водоотдачи минерализованных глинистых растворов

Дополнительная функция - загущение глинистых растворов.

ОСОБЕННОСТИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ЗАЩИТНЫХ КОЛЛОИДОВ (РЕАГЕНТОВПОНИЗИТЕЛЕЙ ВОДООТДАЧИ )

1.Реагенты полисахариды.

1.1.Крахмальные реагенты

Крахмал – (С6 Н10О5 )n ( картофельный, маисовый, рисовый и т.п.)- природный полисахарид,

содержит два полимера:

Амилоза – линейный полимер М=(32-160)*103 Амилопектин – разветвленный паолимер М= 105-106

Товарный вид – порошкообразный материал белого или желтоватого цвета Природный крахмал – нерастворм в воде при комнатной температуре. Методы клейстеризации

1.Нагрев до 100ºС

2.2. раствоимость в щелочном растворе ( 50-100 кг/м3 крахмала + 10-=20 кг/м3 NaOH)

3.модифицирование в заводских условиях – кратковременный нагрев до 160ºС в присутствии алюмокалиевых квасцов)

РАЗНОВИДНОСТИ КРАХМАЛЬНЫХ РЕАГЕНТОВ. МК-1 ЭКР технический крахмал

Применение:

В товарном виде – МК-1, ЭКР После щелочной клейстеризации – ЭКР, технический крахмал

Солестойкостьдо насыщения по NaCl,, устойчив к действию соединений кальция(Са) Крахмал – наиболее солестойкий полисахарид Термостабильность – 120-130ºС

Крахмал подвержен бактериальному разложению, раствор вспенивается появляется неприятный запах, повышается водоотдача, раствор разжижается

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ

1.Повышение щелочности раствора до рН примерно 11,0

2.Повышение уровня минерализации до 250 кг/м3 NaCl

3.ввод бактерицидов ( фенол, формальдегид, катанин )

42

Легко полимеризуются путем разрыва двойной связи с присоединением по свободным связям новых звеньев мономера.

Возможно получение полимеров с различными заместителями водородных ионов и полимеров с различной молекулярной массой.

Общие особенности полиакрилатов

1.Прочная связь -С-С-( углерод-углерод) в молекуле полимеров обеспечивает высокую теромстабильность всех полиакрилатов.

2.устойчивы к бактериальному разложению.

3.теряют эффективность в присутствии 2-х валентных катионов в результате замещения ионов Na+ в функциональных группах на ионы Са++. Замещение приводит к сшивке полимеров и потере растворимости и эффективности.

Предельно допустимая концентрация ионов Са++ в глинистом растворе – 400 мг/л

Функции полиакрилатов в зависимости от молекулярной массы. Так как полиакрилаты – это синтетические полимеры, то их можно выпускать с разной молекулярной массой (М)

ГИПАН ( гидролизный полиакрилонитрил )

Он является полимером трех соединений: (СН2СНСООNa)х - полиакрилат натрия (СН2СНСОNH2)у*( СН2СНСN)z

Акриламид акрилонатрий

Товарный вид – водный раствор С=80-120 кг/см3 или С=170 кг/м3. Создан твердый ГИПАН в виде хлопьев.

Применение – жидкий – в товарном виде Твердый – после растворения в воде

Солестойкость – до насыщения NaCl и до 400 мг/л ионов Са++ Термостойкость:

-пресные глинистые растворы – до 200ºС

-минерализованные 150-180 ºС

Срок хранения – 3 месяца Признак годности – запах аммиака.

МЕТАС – метакриловый сополимер.

Сополимер метакриловой кислоты и метакриламида

45

Товарный вид – твердый гранулированный материал, в воде нерастворим.

Применение – в виде водно-щелочного раствора 70-100 кг/м3 МЕТАСА + 30-40 кг/м3 NaOH При растворении происходит замещение водорода в карбоксильных группах натрием и образование метакрилата натрия. СН2СН3СООNa

Полимер приобретает способность растворяться. Солестойкость – как у всех метакрилатов Термостойкость: для пресных растворов – до 220 ºС

- для минерализованных =до 180 ºС Срок хранения – 6 месяцев.

М14-ВВ – метакриловый сополимер высоковязкий.

Сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты. Он является сополимером 2-х соединений:

( СН2ССН3СООН)х (СН2ССН3СОNН3)у х:у=1:1

Товарный вид – белый порошок в воде не растворим, используется после его предварительного растворения в щелочи в виде водощелочного раствора 50-80 кг/м3 М14 + 20-30 кг/м3 NaOH В щелочной среде водород в карбоксильных группах замещается натрием

СН2ССН3СООН → СН2ССН3СОО Na – полимер растворяется в воде при рН больше 10 реагент можно использовать в товарном виде Солестойкость – как у всех полиакрилатов Термостойкость – пресные до 240 ºС

минерализованные - 220 ºС Срок хранения – 12 месяцев

ЛАКРИС-20 ( лаборатория акриловых полимеров )

Водорастворимая разновидность М14ВВ, порошок раствоимый в воде Прменение – в товарном виде Солестойкость – как у всех полиакрилатов Термостойкость – пресные до 300 ºС

Минерализованные – до 280 ºС

РЕАГЕНТ КОМПЛЕКСНЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ( РКП)

Сополимер метилметакрилата и метакрилата натрия или аммония – разновидность М14ВВ ( СН2ССН3СЩЩСН3)х-(СН2ССН3СООК)у Товарный вид – порошок ( белый или серый ), растворим в оде полностью

Применение – в товарном виде или после растворения в воде Солестойкость – как у всех полиакрилатов Термостойкость – до 230 ºС

Ионы К+ и NH4+ обеспечивают ингибирование гидратации, диспергирования и разупрочнения глинистых пород.

ПОЛИАКРИЛАТЫ УСТОЙЧИВЫЕ К ДЕЙСТВИЮ ПОЛИВАЛЕНТНЫХ КАТИОНОВ.

Условия бурения: соленосные отложения с прослоями калийно-магниевых солей, ангидритов, на больших глубинах. Высокие забойные температуры.

46

Крахмал – не термостоек Полисахариды и полиакрилаты – не эффективны в присутствии двухвалентных катионов.

За рубежом созданы реагенты – модифицированные полиакрилаты устойчивые к действию поливалентных катионов.

Разжижители – сополимер сульфированного стирола и малеинового ангидрида.

ПОНИЗИТЕЛИ ВОДООТДАЧИ

Сополимер акриламидпропансульфоната и диметилакриламида( сополимер винилсульфоната и виниламида)

Реагенты выпускаются немецкой фиромй Хехст под фирменным названием ХОСТАДРИЛ Солестойкость – до насыщения по NaCl и от 50 г/л до насыщения по СаCl2 Термостойкость - 200 ºС Реагенты порошкообразные, растворимые в воде.

Применение – в товарном виде.

ГИДРОЛИЗОВАННЫЙ ПОЛИАКРИЛАМИД (ГПАА)

( СН2СНСООNa)х (СН2СНСОNН3)у

Часть алкидных групп замещены карбоксильными группами. Степень замещения – 20-40 % Молекулярная масса – М=(3-15)*106

Товарный вид: порошок или гелеобразный продукт с концентрацией твердого вещества С=80 кг/м3 Растворим в воде , но довольно трудно

Применение – порошок – в товарном виде или после растворения Гель – только после растворения в воде

Солестойкость – как у всех полиакрилатов Термостойкость – пресные - 200 ºС

Минерализованные - 180 ºС

НАЗНАЧЕНИЕ

1. Понижение водоотдачи;

47

2.Загущение глинистого раствора;

3.Селективная флокуляция выбуренной породы

4.Ингибирование гидратации, диспергирование глинистых породж посредством капсулирования.

МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДООТДАЧИ

Понижение водоотдачи :

1.ввод качественного бентонита при недостатке коллоидных частиц в глинистом растворе;

2.ввод органических защитных коллоидов, если необходимо иметь водоотдачу 10-12 см3

3.ввод углеводородной жидкости( понижается статическая водоотдача)

РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ СВОЙСТВ. а)Разжижение глинистых растворов

1.разбавление водой;

2.обработка химическими реагентами разжижителями;

ОЦЕНКА ПРИЧИН ЗАГУСТЕВАНИЯ и выбор метода разжижения.

а. Увеличение условной вязкости(УВ) и эффективной вязкости, увеличение вязкости и ДНС, СНС и плотности БР= увеличение концентрации твердой фазы = разбавление водой.

б. Увеличение УВ, эффективной вязкости сильное повышение ДНС и СНС при небольшом изменении вязкости раствора ( понижении) = кофгуляция глинистого раствора= обработка реагентами разжижителями.

При отсутствии возможности регулярного измерения реологических параметров на ротационном вискозиметре: оценка причин загустевания по величине ПК – показателя коагуляции ( см. С.Ю. Псуховицкий )

Для нормальной работы бурового раствора он должен иметь:

УВ = 25-50 с Θ1 = 25-60 дПа

а) УВ больше 50с ПК=0,5-1,2 откуда высокая концентрация твердой фазы откуда разбавление водой.

Если УВ такова, что раствор не течет необходимо разбавить водой, после чего измерить УВ и СНС1 б) УВ больше 50с ПК больше 1,2 = коагулция глинистого раствора откуда необходима обработка

реагентами разжижителями.

Если после обработки ПК=0,5-1,2 а УВ больше 50 с –в растворе слишком много твердой фазы и его после обработки нужно дополнительно разбавлять водой.

ЗАГУЩЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ.

1.Увеличение концентрации глины в растворе пресные === бентонит соленые === палыгорскит

48

2.. Ввод высокомолекулярных реагентов( КМЦ с большой степенью полимеризации, ПАЦ, ОЭЦ, полиакрилаты) ( повышение вязкости,τ0 , эффективной вязкости и УВ)

3. коагуляция электролитами : ( известь, цемент ) Этот метод применяют при бурении верхней части разреза ( под кондуктор ), когда теребования к ьуровому раствору невысокие( повышение ДНС,СНС без увеличения вязкости) Возможен рост водоотдачи.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЛОТНОСТИ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ.

1. Повышение плотности

Условия, обуславливающие необходимость повышения плотности бурового раствора: а) наличие пластов с аномальновысокими пластовыми давлениями === предотвращение нефтегазоводопроявления.

б) наличие неустойчивых глинистых пород с высокми поровыми давлениями. Повышение плотности увеличивает противодавление === уменьшает напряжение в породе на стенке скважины=== сохранение устиойчивывости стенок скважины.

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОТНОСТИ.

1.Увеличение концентрации глины;

2.ввод утяжелителя

Повышение плотности за счет увеличения концентрации глины.

Увеличивается плотность но,… одновременно происходит загустевание бурового раствора. Чем коллоидальнее глина, тем сильнее загустевает буровой раствор.

Чтобы получить глинистый раствор с повышенной плотностью нужно пользоваться очень низкосорной глиной ( каолинитгидрослюдистой глиной( глинопорошок марки ПКГН) При обработке разжижителями можно получить из низкокачественной глины раствор с

плотностью до 1,35 г/см3. Но концентрация глины в таком растворе составит 22% по объёму ( 570 кг/м3). Реологические свойства раствора будут высокими и труднорегулируемыми. Практический предел повышения плотности за счет увеличения концентрации глины – 1,25 г/см3.

Для получения более тяжелых глинистых растворов необходимо применять утяжелители.

УТЯЖЕЛЕНИЕ - это ввод в глинистый раствор тонкодисперсных материалов, плотность которых значительно превосходит плотность глины – утяжелителей.

49