CC BY
239
ПРОБЛЕМЫ НЕФТЕДОБЫЧИ, НЕФТЕХИМИИ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
УДК 544.777:622.276
М. Абаас А, Р. Р. Мингазов, Д. А. Куряшов,
Н. Ю. Башкирцева
ЗАГУСТИТЕЛИ В СОСТАВЕ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА СКВАЖИН
Ключевые слова: реология, технологическая жидкость, полимер, ксантан, загуститель.
В работе исследована эффективность полимерных загустителей технологических жидкостей на водной основе для капитального ремонта скважин. Изучены реологические и пескоудерживающие свойства технологических растворов, определено влияние концентрации полимера и минерализации воды. Показано, что наиболее оптимальными полимерами в качестве загустителей для технологических жидкостей являются ксантановые полимеры. Для загущения технологических жидкостей на основе пресной слабоминерализованной воды оптимальным является ксантановый полимер марки Duo Vis, а для технологических жидкостей на основе сильноминерализованной воды - ксантановый полимер марки Гаммаксан.
Keywords: rheology, processing liquid, polymer, xanthan, thickeners.
Research in order to determine the most effective polymers as thickening agents in the compositions of water-based process fluids for workovers is accomplished and their optimal concentration is determined. The rheological properties and sand retention technology solutions, determined the effect of the polymer concentration and salinity.The pursued studies established that the most optimized polymers as thickeners for process fluids for workover are xanthan polymers . Xanthan polymer by Duo Vis is optimal for thickening of the process fluids on basis offresh low-salt water, and for process fluids on basis of high-salt water it is xanthan polymer by Gammaksan.
Введение
Технические жидкости для капитального ремонта скважин выполняют ряд функций, которые определяют успешность проведения ремонта скважин, а также ввод скважины в эксплуатацию с максимальной продуктивностью [1].
Основные причины возможного снижения проницаемости прискважинной зоны продуктивных пластов в процессе капитального ремонта обусловлены кольматацией коллектора частицами твердой фазы, блокированием фильтратов, набуханием глинистой составляющей коллектора и образованием нерастворимых осадков при контакте с пластовыми флюидами. Кроме того, часто ремонтные работы проводятся в условиях дренированного коллектора и падения пластового давления, поэтому одним из основных осложнений является поглощение больших объемов промывочных и задавочных жидкостей.
К технологическим свойствам промывочных жидкостей предъявляется комплекс особых физикохимических и технологических требований:
- плотность раствора должна обеспечивать создание противодавления на продуктивный пласт;
- раствор должен обладать структурномеханическими свойствами, обеспечивающими эффективную очистку забоя скважин от выбуренной породы, забойного шлама;
- раствор должен легко извлекаться из пласта
при освоении скважины, не снижать
продуктивности и не содержать инертной по отношению к кислотам твердой фазы [2].
Однако, основным необходимым свойством технологических жидкостей является высокая удерживающая способность, которая достигается за счет высокого значения вязкости при низких скоростях сдвига.
Используемые в настоящее время промывочные жидкости на водной основе не всегда отвечают предъявляем требованиям.
В связи с этим, разработка рецептур новых высокоэффективных промывочных жидкостей на водной основе является актуальной задачей, имеет прикладное значение.
Экспериментальная часть Для повышения вязкости воды и водных рассолов можно применять природные и синтетические полимеры [3, 4]. При исследованиях в качестве загустителей нами были использованы ксантановые полимеры, полимеры на основе полиакриламида, полианнионые полимеры, полимеры на основе целлюлозы, полимеры на основе крахмала, загустители на основе глин, полимер на основе кремнезёма.
Реологические исследования растворов полимеров проводились на ротационном вискозиметре Brookfield DV-II+ Pro, который предназначен для измерения динамической вязкости жидкостей при заданных скоростях сдвига.
Изначально были исследованы растворы полимеров на дистиллированной воде. С целью изучения влияния минерализованной воды на вязкость полимерных растворов были исследованы полимерные растворы на минеральной воде. В качестве минеральной воды была использована
модельная вода аналогичная по составу пластовой воде месторождения Луговое ТПП "ТатРИТЭКнефть". Плотность модельной пластовой воды составляет 1100 кг/м3, а pH -7,23.
Таблица 1 - Шестикомпонентный состав
используемой минеральной воды
Компоненты Содержание, г/л
Cl- i54,4G
+ 2а С 24,6G
Мg2+ 5,8G
HCO3- G,ii
(N ■'Г O GO G,98
Na+ + K 6G,GG
Обсуждение результатов
Высокие значения вязкости и тиксотропные свойства водных растворов полимеров определяют их удерживающие свойства. Таким образом, оптимальными являются значения вязкости полимерных растворов, которые обеспечивают необходимое время удерживания частиц породы во взвешенном состоянии.
На рис.1 представлена зависимость времени оседания частиц при максимальной динамической вязкости водного раствора полиакриламида марки ЛМ-125 соответствующей минимальной скорости сдвига.
Вязкость должна быть такой, чтобы частицы породы в колонне скважины оставались во взвешенном состоянии от 0,5 до 1,5 часов. Из рис. 1 следует, что самая оптимальная вязкость лежит в интервале 10000 - 15000 мПа-с. В дальнейших исследованиях при определении оптимальной
концентрации полимера в растворе основывались на полученных результатах.
0 5000 10000 15000 20000 25000
Вязкость, мПа-с Рис. 1 - Зависимость времени оседания частиц при максимальных значениях динамической вязкости
С целью определения наиболее эффективных полимеров в качестве загустителей в составах технологических жидкостей на водной основе, и определении их оптимальной концентрации были исследованы реологические свойства каждого
исследуемого полимера при различных
концентрациях.
На основании полученных данных были построены зависимости динамической вязкости полимерных растворов от скорости сдвига. В таблице 2 представлены максимальные и
минимальные значения вязкости для всех исследуемых полимеров при разных концентрациях.
Таблица 2 - Максимальные и минимальные значения вязкости полимеров при разных концентрациях
Полимеры Максимальная и минимальная вязкость при концентрациях (% масс.), МПа*с
G,25 G,5 i,G 2,G 4,G
min max min max min max min max min max
Гаммаксан - - 266 27594 i986 7GG65 - - - -
AN-125 - - 443 24355 773 4847G
Ксантан iG2 4G79 3Gi 2i835 - - - - - -
Duo Vis 288 i8236 376 38752 - - - - - -
Unitlate - - - - 22G i98G 6GG 7i98 iG7i i2477
FLODRILL 1090 - - 299 2939 i622 8i58 3723 2G636 - -
AN-934 - - 269 i3437 i786 42iii i9636 i29GGG - -
Aguaflo HV - - 26G 839 iG5i 6479 - - - -
Polypack ppr - - i75 42G 939 3ii9 ii638 379i2 - -
ПАЦ-В - - - - iG3 i8G 747 i8GG 4637G 56i48
КМЦ-7С - - - - ii 3G 5G 234 5i3 5i59
VCMC-MV - - - - ii3 i2G 97G 3 i 19 5G93 53988
VPAC-HV - - 79 i2G 439 959 i888 5G39 - -
VCMC-HV - - 9G i8G 457 ii4G 76G6 i7996 - -
КМК-бур 1 - - - - 25 i 56 82 36G i 56 96G
Реамил - - 258 96G i3577 2G756 - - - -
Max Bore - - - - 4 72 i3 iG2 i29 28i9
HYG-220 - - - - 3 54 i5 276 983 26274
Bento nit M-1 - - - - 2 6 5 6G 27 i668
Полисил ДФ - - 348 5999 627 9ii8 - - - -
Для ксантанов наибольшая вязкость 70000 мПа-с была отмечена у биополимера ксантанового типа, с высокой молекулярной массой, "Гаммаксан" с концентрацией 1% масс. При последующем увеличении концентрации полимера вязкость раствора резко увеличивается и образуется гелеобразная система, определение динамической вязкости которой не представляется возможной. Самую хорошую тиксотропность имеет водный раствор ксантанового полимера марки Duo Vis. С изменением скорости сдвига его вязкость снижается в 105 раз.
Недостатком технологических жидкостей на основе ксантанов является их биодеструкция с течением времени. Поскольку ксантановая камедь представляет собой полисахарид, полученный путем ферментации с использованием бактерии Xanthomonas campestris при длительном хранении, количество микроорганизмов в составе ксантана увеличиваются в росте, и свойства водного раствора со временем меняются. Для предотвращения этого в состав водных растворов ксантана необходимо добавлять биоциды, т. е. химические вещества, основной целью которых является уничтожение и предотвращение роста микробов.
Для водных растворов различных
полиакриламидов (FLODRILL PAM 1090, Unitlate(ПАА), AN-934, AN-125), при увеличении скоростей сдвига при любой концентрации полимера динамическая вязкость растворов снижается. Это свидетельствует о том, что структурная сетка легко разрушается даже при небольшой скорости сдвига, что будет
способствовать облегчению прокачки раствора и обеспечивать стабильность промывочной жидкости и высокую удерживающую способность при
прекращении циркуляции в скважине.
Среди группы полиакриламидов высокая
вязкость наблюдается у водных растворов полимера марки AN-125 и AN-934. Максимальная динамическая вязкость данных растворов при концентрации 1% масс. более 40000 мПа-с. С изменением скорости сдвига вязкость для растворов AN-125 снижается в 60 раз, у AN-934 в 40 раз. Большой интерес в качестве агентов для загущения водных растворов представляют полианионные полимеры, которые являются экологически безопасными полимерами.
В группе полианионных полимеров рассматривались полимеры марок: (ПАЦ-В, Aguaflo HV, Polypack ppr, ПАЦ) (полианионная целлюлоза) широко используются для регулирования вязкости и фильтрации безглинистых растворов и растворов с низким содержанием твердой фазы при разработке буровых растворов.
Наилучшие результаты были получены при использовании полианионного полимера марки Aguaflo HV. Динамическая вязкость Aguaflo HV при концентрации 1% масс. достигает 6400 мПа-с. С изменением скорости сдвига вязкость уменьшается всего в 6 раз. Тиксотропные свойста не удовлетворяют требованиям предъявляемым к загущающим агентам.
В группе полимеров на основе целлюлозы (КМЦ-7С, VPAC-HV, VCMC-MV, VCMC-HV). самым эффективным является VCMC-MV. Для концентрации 4% масс., максимальная динамическая вязкость при минимальных скоростях сдвига 53000 мПа-с. С изменением скорости сдвига вязкость снижается в 10 раз.
Далее рассматривались полимеры на основе крахмала: КМК-бур1, реагент «Реамил». Так же загустители на основе глин: Max Bore, Hyg 220.
Небольшая вязкость и плохая тиксотропоность полимеров на основе глин и крахмала не удовлетворяют требованиям предъявляемым к загущающим агентам, и рассматривать в дальнейшем эти полимеры не целесообразно.
Представлялось интересным исследовать в качестве загустителей в составах промывочных жидкостей широко распространенный во многих отраслях промышленности (в том числе и пищевой) гуаровую камедь. Гуаровая камедь обладает высокой вязкостью при концентрации 1% масс., однако низкие тиксотропные свойства не позволяют использовать его в составе промывочных жидкостей.
Все изученные полимеры, хорошо растворяются в воде в изучаемом диапазоне концентраций. Полученные водные растворы обладают высокой стабильностью.
По результатам исследований реологических свойств водных растворов полимеров на дистиллированной воде были проанализированы и выбраны наиболее эффективные полимеры (рис.2).
40000
35000
30000
25000
jj 20000 -J
§ 15000
ьч CQ
10000
5000
о
0.17 0.34 1.02 2.02 3.4 10.2 20.4 34
Скорость сдвига. 1/с
Ш А N-934 Гямяксян —A—Duo vie —AN-125
Рис. 2 - Зависимость динамической вязкости от скорости сдвига наиболее оптимальных
полимеров при концентрации 0,5% масс.
На нефтепромыслах в зависимости от
пластового давления могут использоваться растворы различной плотности. Повышение плотности
технологических жидкостей на водной основе можно добиться использованием минерализованной воды. Таким образом в зависимости от пластового давления применяются пластовые воды (плотностью 1150-1180 кг/м3), сточные и технические
слабоминерализованные воды плотностью 10601120 кг/м3 и пресные воды плотностью 1000 кг/м3. Для скважин с высокими пластовыми давлениям
применяются водные растворы (рассолы) с высокой плотностью 1250 - 1350 кг/м3, плотность которых достигается за счет дополнительного растворения в воде солей.
На рис. 3 и рис. 4 представлены
зависимости динамической вязкости от скорости сдвига наиболее эффективных полимеров на основе дистиллированной воды и минерализованной воды.
3500
500 -
0 —
0,14 0,28 0,84 1,68 2,8 8,4 16,8
Время оседания, ч И на основе диен ш.ш ф ованнон воды А на основе минер алгоованной воды
Рис. 3 - Зависимость динамической вязкости от скорости сдвига полимера марки УСМС-МУ на минеральной и дистиллированной воде
1400
0.66 1.32 3.96 7,92 13.2 39.6 79,2 132
Время оседання, ч И на основе днсттхллированнон воды А на основе минерализованной воды
Рис. 4 - Зависимость динамической вязкости от скорости сдвига полимера марки Гаммаксан на дистиллированной и минеральной воде
Анализ полученных результатов показал, что с увеличением минерализации воды максимальная вязкость исследуемых полимеров при низких скоростях сдвига меняется незначительно. Однако, ксантановый полимер марки Гамаксан в отличии от полимера на основе целлюлозы (VCMC-MV) обладаает более выраженными псевдопластичными свойствами.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что для загущения технологических жидкостей на основе пресной слабоминерализованной воды оптимальным является ксантановый полимер марки Duo Vis. Для создания технологических жидкостей на основе сильноминерализованной воды целесообразно применять ксантановый полимер марки Гаммаксан.
Литература
1. Ю.М. Басарыгин. Технология капитального и подземного ремонта нефтяных и газовых скважин: учеб. для вузов. Сов. Кубань. Краснодар, 2002. 584 с.
2. В.И. Токунов. Технологические жидкости и составы для повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин. Недра. Москва, 2004. 112 С.
3. Н.Х. Зиннатуллин, И.М. Нафиков, А.И. Красноперова, Г.Н. Зиннатуллина. Вестн. Казан. технол. ун-та, 3, 4547 (2013).
4. С.В. Кертман, А.Х. Баширова. Вестн. Казан. технол. ун-та, 2, 69-70 (2008).
© М. Абаас А - магистр каф. химической технологии переработки нефти и газа КНТУ, [email protected]; Р. Р. Мингазов - асс. той же кафедры; Д. А. Куряшов - зав. лаб. «Исследование коллоидно-химических свойств растворов» той же кафедры, [email protected]; Н. Ю. Башкирцева - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической технологии переработки нефти и газа КНТУ, [email protected].
