CC BY
34БУРЕНИЕ
УДК 622.32
У.С. Карабалин, к.т.н., генеральный директор АО «Мангистаумунайгаз»; e-mail: oil777@mail.ru
СНИЖЕНИЕ КОРРОЗиОннОЙ
активности буровых
РАСТВОРОВ
Большинство реагентов, применяемых для регулирования свойств буровых растворов, чаще всего направлены на корректировку какого-то одного параметра. В то время как требования к качеству и функциям бурового раствора растут по мере усложнения геолого-технических условий бурения, приводя к тому, что буровые растворы становятся все более многокомпонентными.
Один из эффективных способов выхода из ситуации лежит на путях перехода на использование для химической обработки многофункциональных реагентов. В основу сырьевой базы производства многофункциональных реагентов для регулирования свойств буровых растворов могут лечь лигнинсодержащие побочные продукты и отходы гидролизных производств, получаемых при переработке непищевого растительного сырья. Таковыми могут быть отходы деревообработки и переработки сельскохозяйственных культур (хлопка, соломы, шелухи, семян и т.д.) содержащих реакционноспособные природные соединения. Наличие различных функциональных групп в лигнинсодержащих химических соединениях, т.е. в их эво-люционно сложившихся структурных ансамблях, позволяют получать на их основе новые разнообразные химические системы, обладающие не только достоинствами исходных, но и принципиально новыми свойствами. Следует отметить, что лигнинсодержащие химические соединения давно и широко используются в буровой практике. Это известные реагенты типа: КССБ, ФХЛС, окзила, ПФЛХ, сулькора и т.п. Однако при высоких забойных температурах входящие в их состав серосодержащие соединения, разлагаясь, могут становиться источником поступления сероводорода в скважине, придавая буровому раствору коррозионную
агрессивность, что может потребовать ингибирования коррозии колонны бурильных труб и инструмента. К отрицательным свойствам перечисленных выше лигнинсодержащих реагентов относится также их низкая устойчивость против коагуляции солями двух- и трехвалентных катионов, как правило, попадающих из пластовых флюидов или специально добавляемых в буровые растворы. При разработке нового многофункционального реагента на основе природного полиэлектролита, а именно к такого рода химическим соединениям относятся использованные лигнинсодержащие отходы гидролизных производств, были учтены все вышеперечисленные недостатки буровых реагентов. Цель модифицирования этих природных полиэлектролитов состояла в том, что новый реагент должен был при сохранении положительных качеств старых реагентов быть лишен их отрицательных свойств.
Способность реагентов защищать металл от общей и локальной коррозии в модели бурового раствора, содержащего такие коррозионно-агрессивные компоненты, как Н^ или 02, изучались электрохимическими методами. Определение антикоррозионной способности реагентов проводилась в электрохимической трехэлектродной стеклянной ячейке емкостью 90 мл с хлоридсеребряным электродом срав-
нения и платиновым вспомогательным электродом в цепи потециостатируе-мого рабочего торцевого электрода. Рабочий электрод выполнен из стали марки Ст. 3.
Для изучения влияния исследуемых добавок на коррозионную агрессивность модели бурового раствора была принята методика снятия кривых «коррозионный ток - время» при потенциале +30мВ относительно потенциала коррозии. Коррозионный или стационарный потенциал устанавливался в электростатической ячейке на рабочем электроде в испытуемой среде за 15-30 минут. Наиболее характерной для углеродистых сталей считается равномерная коррозия, однако, как показывает практика, для бурильного инструмента локальная коррозия является одной из распространенных и опасных видов коррозии.
В качестве метода тестирования способности антикоррозионных добавок защищать металл от локальной коррозии был выбран метод циклической вольтампе-рометрии, принятый Международной ассоциацией инженеров-коррозионистов (NACE). Применимость этого метода для установления способности антикоррозионной добавки защищать металл от локальной коррозии обусловлена тем, что этот метод моделирует состояние корродирущего металла в области локального разрушения независимо от механизма коррозии.
16 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
\\ № 11 \\ ноябрь \ 2003
X S 2
о
го
Г) 2 о
в з
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Концентрация реагентов, % _А_ПЭПМ-1 « КССБ рис. 1. изменения показателя фильтрации бурового раствора от концентрации ПЭПм-1 и кссБ
процедура тестирования сводится к следующему:
• в электрохимическую ячейку устанавливается «свежий» электрод;
• в ячейку заливается свежая вода (модель бурового раствора либо модель нефтепромысловой среды, например среда NACE - 3%NaCl + 0,5% уксусной кислоты в дистиллированной воде), и экспозиция электродов проводится до установления стационарного потенциала;
• снимается цикловольтамперограм-ма (рис. 3) с линейной разверткой
потенциала со скоростью 0,2 мВ/с по следующей схеме: от стационарного потенциала до потенциала +250 мВ и обратно до стационарного потенциала. Из цикловольтамперограммы определяется максимальное значение индуцированного анодного тока (1таХнач);
• вводится ингибитор или антикоррозионная добавка в электрохимическую ячейку с требуемым уровнем дозировки, и система оставляется на 15-20-часовое перемешивание;
• по истечении этого времени снимается цикловольтамперограмма (как и в
предыдущей стадии) и из нее определяется максимальное значение индуцированного анодного тока (1тахкон); • оценивается защитный эффект данного реагента при испытанной дозировке.
Критерием оценки защитных свойств реагента и эффективности действия реагента как в случае локальной коррозии, так и в случае общей коррозии, служит количественный показатель степени защиты металла от коррозии, вычисляемый в процентах из выражения (1).
СИБИРСКОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ БУРОВОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ ООО НПО «СибБурМаш»
СФЕРА НАШЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ: исследование, разработка, изготовление и поставка бурового, нефтегазопромыслового и противовыбросового оборудования; научно-технические услуги и авторский надзор за вводом изделий в эксплуатацию, ремонт и обеспечение запчастями в течение гарантийного срока;
изготовление и поставка рукавов высокого давления; сервис по отбору и анализу изолированного и герметизированного керна;
технико-технологическое сопровождение работ по креплению вторых стволов, в том числе и горизонтальных.
В
>' V
W и ill
г. Тюмень, ул. Ветеранов труда, д. 58а Тел.: +7 (3452) 47-38-00, Факс: +7 (3452) 48-91-60 E-mail: nposbm@tmn.ru www.sibburmash.ru
I i
иЯЬ ЧГ
в ¿Í7 U
БУРЕНИЕ
0,18
0,165
0,15
0,135
н 0,12
0,105
0,09
0,075
Защитный эффект от общей коррозии
0,06
. РНЭ-ХРв
_*_ ДТПМ №2
. ... .БИОЛУБ1ЛЛ
. вмАттах
-АЛДИНОЛ - СДБУР-2
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 1, МИН
Рис. 2. Изменения коэффициента трения глинистой корки от времени при обработке глинистого раствора различными смазочными добавками
Защитный эффект от локальной коррозии=
Т тах _ Т шах Анач Акон
Т тах ,|,нач
100%.
(1)
Кинетические кривые изменения коррозионной агрессивности бурового раствора, содержащего исследуемые добавки, снимаются, как и описано выше, в электрохимической ячейке при
Т без доб. _ Т сдоб.
^ияи ^кпи
Т без доб. Анач
•100%.
(2)
подаче на рабочий электрод потенциала +30мВ относительно стационарного. Индуцированный этим поляризующим, в данном случае не изменяющимся во времени, потенициалом анодный ток записывается на электронном потенциометре. Затем вводится реагент и снимается ход этой кривой. Защитная эффективность оценивается по выражению (2)
Рис. 3. Цикловольтамперограммы исследуемых буровых растворов
Перенапряжение выделения кислорода и растворения металла оценивалось по потенциодинамическим кривым, снятым на том же потенциостате и в той же электрохимической ячейке. Потенциодинамические кривые «ток - потенциал» снимались в изменяющемся во времени по линейному закону скоростью, равной 0,2 мВ в секунду, с установившегося значения стационарного потенциала в исследуемой среде на +400 мВ, т.е. в положительном (анодном) или на-600 мВ в отрицательном (катодном) направлениях. По характеру полученных кривых определялся тип ингибитора коррозии, к которому относятся исследуемые добавки, т.е. к анодным, катодным или смешанным типам ингибиторов. Основной задачей лабораторных испытаний было определение возможности использования нового реагента в качестве комплексной добавки к буровым глинистым растворам. При этом, исходя из того факта, что в новом реагенте часть функциональных групп остается в неизмененном виде, а часть модифицируется, можно ожидать, что реагент будет обладать антикоррозионной активностью, способностью снижать вязкость и в некоторой мере снижать водоотдачу, также будет противостоять полисолевой агрессии и быть совместимым с реагентами смазочного действия, т.е. будет реагентом комплексного действия. Для исследований выбран буровой раствор, применявшийся при бурении скважин на Южно-Ягунском месторождении, для обработки которого использовались следующие реагенты:
• Камцел 800 - 0,8%;
• Бентонит - 3%;
• Мел - 9%;
• Унифлок - 0,1%;
• Кальцинированная сода - 0,1%;
• КССБ - 1%;
• БИОЛУБ LVL - 0,3%.
Проведенные лабораторные исследования показали,что приведенные реагенты в указанных концентрациях обеспечивали следующие параметры бурового раствора:
18 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
\\ № 11 \\ ноябрь \ 200Э
• УВ - 48с;
• р - 1,09 г/см3;
• ПФ - 4-5 см3/30мин;
• || - 0,8 мм;
• 01„ин / 01омин - 5/12 дПа;
• рН - 8-9.
Полученные результаты соответствуют необходимым, но дальнейшие исследования по обеспечению данным раствором антикоррозионных свойств показали отрицательные результаты. Раствор не обладает антикоррозионными свойствами, т.е. может служить агрессивной коррозионной средой для бурильных труб, подземного и наземного бурового оборудования.
Полученный раствор был принят за базу и был использован при сравнении с раствором, в котором использован новый реагент комплексного действия под условным названием реагент - ПЭПМ-1 (полиэлектролит природный, модифицированный).
Экспериментально установлено, что ПЭПМ-1 снижает показатель фильтрации, т.е. может полностью заменить КССБ, применяемый в концентрации 1%, и снизить концентрацию приме-
няемого унифлока с 0,1% до 0,05%, т.е. в два раза.
Подбор оптимальной концентрации ПЭПМ-1 производился лабораторным путем,а критерием оптимизации являлся показатель фильтрации (ПФ) 3-5 см3/30 мин. Влияние ПЭПМ-1 и КССБ на изменение ПФ приведено на рис. 1. Исходя из критерия оптимизации, концентрация ПЭПМ-1 была принятой равной 0,3%.
Изменение рецептуры бурового раствора вызвало необходимость выбора смазочной добавки. Смазочные свойства проверялись у следующих добавок: PHS-XPG, SMALUB, ДТПМ №2, БИОЛУБ Ш1_, SMARTRIX, АЛДИНОЛ, СДБУР-2. Изменения коэффициента трения глинистой корки во времени при обработке глинистого раствора различными смазочными добавками приведены на рис. 2. Из графиков видно, что наилучшие смазочные свойства показала смазочная добавка БИОЛУБ Ш1_. Анализ результатов оценки способности бурового раствора противостоять общей и локальной коррозии показал высокую антикоррозионную активность ПЭПМ-1. В качестве примера в статье представлена только одна ци-
кловольтамперограмма (см. рис. 3), доказывающая высокую устойчивость бурового раствора, обработанного реагентом ПЭПМ-1 против самого опасного вида коррозии для бурильных колонн, а именно против локальной коррозии. После проверки технологических показателей была получена уточненная рецептура бурового раствора, содержащая:
• Камцел 800 - 0,8%;
• Бентонит - 3%;
• Мел - 9%;
• Унифлок - 0,05%;
• Кальцинированную соду - 0,1%; -ПЭПМ-1 - 0,3%;
• БИОЛУБ - 0,3%.
Все параметры бурового раствора при концентрации ПЭПМ-1, равном 0,3%, остались на уровне прежних, требуемых регламентом на буровой раствор. Реагент обладает высокими антикоррозионными свойствами, придавая буровому раствору способность противостоять как общей, так и локальной коррозии. При этом снизился расход реагентов, их стоимость и стоимость химической обработки бурового раствора в целом.
9-12 февраля
рея - у* j выставочная компания
Ш Ж ЭКСПО-ВОЛГА
САМАРА-2010
16-я международная специализированная выставка
TJ ЭНЕРГЕТ
• ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ
• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ, ПРИБОРЫ И АППАРАТЫ
• УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ
• СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ, ГАЗООБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ
9 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Выставочная компания «ЭКСПО-ВОЛГА» 443110 г. Самара, ул. Мичурина, 23а телефакс: +7(846) 279-04-90,270-34-11 E-mail: energy@expo-volga.ru www.energysaiTiara.ru
ш I
ПД РГЧЫ
irfHIPrOr
эч^Рпй*™ Ф.э^о^пЁРТ эе!есту
