CC BY
46КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ БУРОВЫХ
ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ Холбаев Б.М.1, Шомуродов Б.Х.2, Комилов Б.А.3
:Холбаев БахромМахмудович - кандидат технических наук, и.о. профессора; 2Шомуродов Бахром Хусанович - ассистент; 3Комилов Ботир Аскар угли - стажёр-преподаватель, кафедра геологии и разведки полезных ископаемых, Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье излагается мониторинг использования химических реагентов в СНГ в бурении. Первыми отечественными реагентами являются УЩР и ТЩР, предложенные В.С. Барановым и З.П. Букс в 1934 году. В 1994 году 98 фирм США выпускали материалы и химические реагенты для буровых растворов свыше 1900 наименований.
Ключевые слова: химическая обработка, химические реагенты, характер действия реагента, классификации реагентов по составу и назначению, классификации реагентов по химическому составу и строению молекул, классификации реагентов по термостойкости, классификации реагентов солестойкости.
Химическая обработка БПЖ имеет важнейшее значение в технологии их приготовления и применения. От правильного выбора материалов и реагентов для приготовления бурового раствора в значительной степени зависят успех и качество строительства скважин.
Химические реагенты служат: для придания буровым растворам необходимых технологических свойств в процессе их приготовления, т.е. для получения буровых растворов, соответствующих геолого-техническим условиям бурения скважин; для защиты используемых буровых растворов от окружающих воздействий: шлама выбуренных пород, температур, давлений, агрессии пластовых флюидов и т.д.; для восстановления или поддержания в заданных пределах свойств буровых растворов в процессе бурения.
Первыми химическими реагентами, которые в мировой буровой практике начали применяться с 1929 года, были каустическая сода (едкий натр, гидроокись натрия) - №ОН и алюминат натрия (№2А12О3). Они предназначались для повышения вязкости и статического напряжения сдвига буровых растворов с целью предупреждения осаждения в них частиц утяжелителя.
В настоящее время для обработки БПЖ применяют более 1000 химических реагентов. Поэтому возникает необходимость в классификации химических реагентов. Их классифицируют по: составу, химической природе, назначению, солестойкости, термостойкости [1].
Характер действия реагента зависит от вида твердой фазы, от характера дисперсионной среды, от условий минерализации, температуры и давления. Наиболее целесообразно классифицировать реагенты по составу и назначению:
- неорганические (электролиты),
- органические (стабилизаторы и защитные коллоиды).
К.Ф. Паус классифицировал химические реагенты для БПЖ по химическому составу и строению молекул, по термостойкости, солестойкости, и назначению следующим образом:
1) по химическому составу и строению молекул;
а) низкомолекулярные неорганические соединения:
-кальцинированная сода №2СОз, каустическая сода №ОН, поваренная соль №С1, жидкое стекло (силикаты калия или натрия) К2О8Ю2, известь Са(ОН)2, цемент, углекислый барий ВаСОз, фосфаты (соли фосфатов, кислоты).
б) высокомолекулярные органические соединения с глобулярной формой молекул: гуматные (УЩР, ТУЩР, ПУЩР), лигносульфонаты (ССБ, КССБ, окзил, ПФЛХ);
в) высокомолекулярные органические соединения с волокнистой или цепочкообразной структурой молекул: реагенты на основе КМЦ ^ЭЦ, ОЭЦ, КМОЭЦ, SinFix), реагенты полиакрилаты (ПАА, МЕТАС, гипан, K-4, K-9), крахмальные реагенты (C6Hi0O5)n, биополимеры (XC, XCD, Kem-X, Kel-zan);
г) низкомолекулярные органические соединения с гидрофильной или органофильной частями (0П-10, УФ7).
2) По солестойкости реагентов:
а) не солестойкие до 3% NaCl (фосфаты, гуматы, лигнины и т.д.);
б) ограниченно солестойкие 3 - 10 % NaCl;
в) солестойкие по NaCl более 10 % (лигносульфонаты, КМЦ, его производные, крахмал, полиакрилаты и т.д.);
г) не солестойкие к действию поливалентных катионов (некоторые лигносульфонаты, сульфатоэтилцеллюлоза, сульфированные полиакрилаты).
3) По термостойкости реагентов:
а) не термостойкие (фосфаты до 100°С, природные аминовые продукты до 120°С, крахмал, КМЦ-300 и менее);
б) ограниченно термостойкие (лигнин, ССБ, КМЦ-500, КМЦ-600, сунил и т.д. до 160°С);
в) термостойкие (гуматы, КССБ, КМЦ-600 и более до 130 °С, некоторые полиакрилаты, ФХЛС, окзил до 200°С).
4) По назначению:
а) регулирующие ионный состав раствора и РН- среды;
б) реагенты - бактерициды;
в) связывающие (удаляющие) ионы Ca2+ из б.р.;
г) ингибиторы глин и глинистых сланцев;
д) коагулянты (в том числе и избирательного действия);
е) понизители вязкости (разжижители);
ж) понизители водоотдачи и фильтрации;
з) пеногасители;
и) эмульгаторы;
й) предупреждающие кавернообразование;
к) сохраняющие проницаемость продуктивного горизонта;
л) понизители твердости горной породы;
м) улучшающие, смазывающие и противоизносные свойства.
Большинство существующих классификаций реагентов можно упростить, разбив их на 3 группы:
1. Реагенты - структурообразователи (без существенного изменения плотности бурового раствора);
2. Реагенты - стабилизаторы направленного действия (изменяют требуемые технологические параметры или свойства без изменения других свойств);
3. Реагенты специального назначения.
Некоторые ученые объединяют все химические реагенты в восемь групп:
1. Полисахариды - естественные (природные) полимеры, имеющие общую химическую формулу -(C6H10O5)n. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и целлюлоза. Сырьем для производства крахмала служат картофель, кукуруза, рис, пшеница, а целлюлозы (Ц) - древесина (40 - 55 % Ц) и волокна хлопковых семян (95 - 98 % Ц).
Основные реагенты этой группы: крахмал; модифицированный крахмал (МК); карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ - 500, 600, 700) и ее зарубежные аналоги FINOGELL, FIN-FIX и др.; КМЦ марки «Торос-2» - буровая.
2. Акриловые полимеры - синтетические полимеры, являющиеся продуктами нефтехимии.
Основные реагенты этой группы: гидролизованный полиакрилонитрил (гипан), а также его аналоги:
отечественные (гивпан-Н, порошкообразный акриловый полимер - ПАП, полимер «Унифлок») и зарубежные (CYPAN); НР-5 (нитронный реагент); полиакриламид (ПАА) и его зарубежные аналоги: DK-DRIL, Cydril - 5110, 400, 5300; метас, метасол; сополимер М-14ВВ; лакрис 20 [4].
3. Гуматные реагенты - натриевые или калиевые соли гуминовых кислот, получаемые экстракцией из бурого угля или торфа в присутствии щелочи (NaOH, KOH): углещелочной реагент (УЩР); торфощелочной реагент (ТЩР); гуматнокалиевый реагент (ГКР).
4. Лигносульфонаты (сырьем для их получения служат многотоннажные отходы производства целлюлозы сульфитной варкой древесины): сульфитно-спиртовая барда (ССБ); конденсированная сульфитно-спиртовая барда (КССБ); феррохромлигносульфонат (ФХЛС); хромлигносульфонат (окзил).
5. Реагенты на основе гидролизного лигнина (сырьем для их получения служит гидролизный лигнин, который является отходом при производстве спирта из древесины, подсолнечной лузги, кукурузных кочерыжек, хлопковой шелухи и др.): нитролигнин (НЛГ); игетан.
6. Электролиты - кислоты, соли и основания (щелочи): NaOH - гидроокись натрия (едкий натр, каустическая сода); Na2CO3 - карбонат натрия (кальцинированная сода); КОН - гидроокись калия (едкий калий); Ca(OH)2 - гидроксид кальция (гашеная известь); CaCl2 - хлористый кальций; KCl - хлористый калий; жидкое стекло натриевое Na2OnSiO2 и калиевое ^O-nSiO2; KAl(SO4)2 - алюмокалиевые квасцы; нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) и др.
7. Кремнийорганические жидкости - синтетические полимеры, содержащие в макромолекуле атомы кремния и углерода: ГКЖ-10 (11); Петросил - 2М.
8. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз (воздух - жидкость, жидкость - жидкость, жидкость - твердое тело) и снижать вследствие этого межфазное поверхностное натяжение: сульфонат; сульфонол; азолят А; ДС-РАС; ОП-7, 0П-10; превоцел.
По назначению (действию на свойства буровых растворов) все химические реагенты принято условно делить на следующие 11 групп: понизители фильтрации; понизители вязкости (разжижители); структурообразователи; регуляторы щелочности (рН); ингибиторы глинистых пород; регуляторы термостойкости (+ и -); пенообразователи; пеногасители; эмульгаторы (вещества, предохраняющие капельки дисперсной фазы эмульсий от коалесценции, т.е. слияния); смазочные добавки; понизители твердости горных пород [2].
Группа реагентов - понизителей фильтрации включает в себя полисахариды, акриловые полимеры, гуматные реагенты и лигносульфонаты (КССБ). К реагентам понизителям вязкости относятся реагенты на основе гидролизного лигнина, модифицированные лигносульфонаты (ФХЛС, окзил) и НТФ.
Роль структурообразователей, регуляторов щелочности, ингибиторов глинистых пород и регуляторов термостойкости в основном выполняют электролиты и кремнийорганические жидкости.
Функции пеногасителей, пенообразователей, эмульгаторов, смазочных добавок и понизителей твердости горных пород чаще всего выполняют ПАВ. Кроме этого, в качестве смазочных добавок и пеногасителей используют и кремнийорганические жидкости.
В США компоненты для буровых растворов принято делить на 16 групп. Дополнительно к приведенным выше группам выделяют: утяжелители; закупоривающие материалы (наполнители); бактерициды (вещества, подавляющие микробиологическую деятельность, т.е. предупреждающие микробиологическую деструкцию химических реагентов и, в частности, полимеров); реагенты, связывающие ионы кальция; ингибиторы коррозии и нейтрализаторы; флокулянты; ПАВ (наряду с пенообразователями, пеногасителями, эмульгаторами); загустители (реагенты, повышающие вязкость) [3].
Специалисты буровых скважин и бурильщики должны знать вышеприведенные классификации реагентов и современные методы подготовки бурильных растворов, а это требует обучения их современными педагогическими и инновационными технологиями, исползуя самых инновационных [4,5] и современных педагогических технологий обучения, как онлайн-обучения [6]. При таком обучении теоритический курс должны быть не в простой традиционной форме, а представляют собой в виде проблемные [7]. Обучение должны проводиться интерактивными методами, обеспечивающими активность бурильщиков.
Список литературы
1. ЛеоновЕ.Г., Войтенко B.C. О физико-химическом воздействии бурового раствора на напряженно-деформированное состояние горных пород в стенках скважин. // Изв. вузов: Геология и разведка, 1977. № 3.
2. Мамедов Г.М., Фридман И.Д. Пути рационального применения утяжелителей, глин и химических реагентов при проводке нефтяных и газовых скважин. Баку: Азернефтешер., 1959. 112 с.
3. Материалы и оборудования для приготовления буровых растворов. С.Н. Шандин, В.И. Рябченко, А.И. Пеньков и др. // Обзорная информ. Сер. Бурение. М.: ВНИИОЭНГ, 1977. 58 с.
4. Рахимов О.Д., Муродов М.О., Рузиев Х.Ж. Таълим сифати ва инновацион технологиялар. Тошкент. «Фан ва технологиялар» нашриёти. 2016. 208б.
5. Rakhimov O.D., Rakhimova D.O. Educational quality in the era of globalization. // Проблемы науки, 2021. № 1(60). С. 36-39. DOI: 10.24411/2413-2101-2021-10101
6. Rakhimov O.D., Berdiyev Sh.J., Rakhmatov M.I., Nikboev A.T. Foresight In The Higher Education Sector of Uzbekistan: Problems and Ways of Development. // Psychology and Education Journal, 2021. 58 (3). 957-968. DOI: 10.17762/pae.v58i3.3029.
7. Rakhimov O.D., Аshurova L. Types of modern lectures in higher education, technology of their design and organization // Проблемы современной науки и образования, 2020. № 12(157), часть 1. С. 41-46. DOI: 10.24411/2304-2338-2020-11203.
8. Мирзаджанзаде А.Х., Ширинзаде С.С. Повышение эффективности и качества бурения глубоких скважин. М.: Недра, 1986. 192 с.
9. Холбаев Б.М., Юсупов И.Н., Шомуродов Б.Х. Водохозяйственное районирование территории аридной зоны (бассейна р. Кашкадарья) //Вестник науки и образования, 2019. №10. С. 53-56.
10.Холбаев Б.М., Хазраткулов Э.Ш. Можно ли использовать коллекторно-дренажную воду на орошение // Наука и образование сегодня, 2019- № 10. С. 9-12.
11.Холбаев Б.М., Суннатов З.У., Султонов Ш.А., Ахмедов Х.Р. Оценка и изучение геоморфологического строения нижней части Кашкадарьинской области // Научный журнал, 2019. №6. С. 14-16.
