МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
На правах рукописи
УДК 622.244.442.057:678.7:541.64
М А Г Р У П О В А Б Д У Л Л А М А Х М У Д О В И Ч
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ
НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ
В БУРЕНИИ СКВАЖИН
05.17.06 –Технология и переработка пластмасс и стеклопластиков
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
ТАШКЕНТ – 2011
2
Работа выполнена на кафедре «Общей химии» Ташкентского Государственного
Технического Университета имени Абу Райхана Беруни и в отделении «Хи-
мии и Химии нефти и газа» Филиала Российского Государственного Универси-
тета Нефти и Газа имени И.М. Губкина в г. Ташкенте
Научный руководитель
доктор химических наук, профессор
Ёдгаров Нормухаммад
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Алимухамедов Музаффар Ганиевич
кандидат технических наук
Рахимов Анварходжа Акбарходжиевич
Ведущая организация:
Ташкентский институт текстильной и лег-
кой промышленности
Защита диссертации состоится «______»_______________2011 г.
в___часов на заседании специализированного совета Д 067.24.02 при Ташкент-
ском химико-технологическом институте по адресу 100011, г Ташкент,
А.Навои, 32.
Е – mail:
тел: 244-79-22, факс: (99871) 244-79-22
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского химико-
технологического института.
Автореферат разослан «___» ____________2011 г.
Ученый секретарь объединенного
специализированного совета,
доктор технических наук
А.С. Ибодуллаев
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы.
Для суверенной Республики Узбекистан, обла-
дающей значительными потенциальными ресурсами углеводородного сырья,
одной из актуальных проблем является самообеспечение энергоносителями.
Успешное решение данной проблемы во многом зависит от эффективности
применения химических реагентов и материалов при обработке буровых и там-
понажных растворов.
Одним из важнейших резервов осуществления буровых работ в ускорен-
ном темпе является максимальное сокращение непроизводительного времени,
расходуемого на предупреждения и ликвидацию осложнений при бурении за
счет правильного выбора разработки и регулирования состава бурового рас-
твора с применением водорастворимых полимеров и сополимеров.
При этом решающее значение в борьбе с осложнениями связанные с об-
валообразованием глинистых пород имеют физико-химические процессы, про-
текающие при взаимодействии промывочных жидкостей с глинами.
В последние годы, при бурении скважин в осложненных условиях, ус-
пешно применяются ингибирующие буровые растворы с высокой водоудержи-
вающей и капсулирующей способностью, позволяющие резко сократить ин-
тенсивность осложнений и затраты времени на борьбу с осыпями и обвалами.
Повышение водоудерживающей способности достигается введением в состав
бурового раствора полимерных реагентов таких как: карбоксиметилцеллюлоза
(КМЦ), гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН), полиакриламид (ПАА),
гидролизованный полиакриламид (реагент РС-2), также препараты К-4 и К-9
полученные на основе полиакрилонитрила.
Однако, хотя они имеют явные преимущества перед другими системами
растворов (гумматными и лигнинсульфокислотными), эти буровые растворы не
решают в полной мере основные задачи при бурении скважин: предотвращение
осыпей, обвалов и повышение устойчивости глинистых пород.
Кроме того, при углублении скважин в условиях воздействия высокоми-
нерализованных пластовых вод не обеспечивается коллоидно-химическая ус-
тойчивость этих растворов, так как происходит их взаимодействие с ионами
многовалентных металлов, приводящее к интенсивному агрегированию содер-
жащихся в них твердой фазы, что резко уменьшает водоудерживающую спо-
собность всей системы в целом. Поэтому, при контактировании таких буровых
растворов с глинистыми породами жидкая среда раствора вызывает интенсив-
ную гидратацию, набухание и размывание стенок скважин, что, в конечном
счете, приводит к осложнениям — осыпям и обвалам. Исходя из вышеизложен-
ного, создание более эффективных полимерных композиций на основе местно-
го сырья для применения в бурении скважин, является весьма актуальной про-
блемой.
Степень изученности проблемы.
В настоящее время при бурении, ус-
пешно применяются буровые растворы, которые благодаря полимерным добав-
кам обладают высокой водоудерживающей способностью, позволяющей со-
кратить интенсивность осложнений. В геологических разрезах нефтяных и га-
4
зовых месторождений, расположенных на Юге нашей страны, наиболее рас-
пространенными осложнениями являются потери устойчивости ствола сква-
жин, которые проявляются в виде осыпей и обвалов глинистых пород. С ростом
глубины наблюдается закономерное увеличение степени минерализации пла-
стовых вод. В отдельных случаях, степень минерализации несколько снижает-
ся, что характерно в зонах аномально-высоких пластовых давлений. В этих ус-
ловиях применение полимерных буровых растворов сильно усложняется по-
этому, на сегодняшний день приготовить специальные термосолестойкие буро-
вые растворы для разбуривания породы осложненной рапопроявлениями, а
также для вскрытия продуктивных пластов с аномально-высоким пластовым
давлением, очень сложно. Наиболее широко в нашей республике и за рубежом
в качестве полимерных добавок для этого используют водорастворимые акри-
ловые полимеры. В связи с этим надо отметить работы в этой области прове-
дённые академиком Ахмедовым К.С. и его школы в частности, реагенты серии
«К», такие препараты как К-4 и К-9, полученные на основе полиакрилонитрила.
Однако эти препараты и другие, природные и синтетические полимеры, приме-
няемые для модификации буровых растворов обладают определёнными недос-
татками, такими как высокая стоимость, неустойчивость в сильноминерализи-
рованных средах и другие.
В связи с этим проблема разработки технологии получения новых улуч-
шенных полимерных композиций на основе местного сырья для модификации
буровых растворов представляет большой научно-теоретический и практиче-
ский интерес.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР
.
Рабо-
та выполнена
в соответствии с планами научно-исследовательских работ ка-
федры-«Общей химии» Ташкентского Государственного Технического Уни-
верситета им. Абу Райхана Беруни
Целью диссертационной работы
является разработка технологии полу-
чения водорастворимого полимера на основе мокрых отходов производства во-
локна «Нитрон» механохимическим методом,
получение новых композиций на
основе этого полимера и химически активных систем для применения в буро-
вых растворах, исследование характера их взаимодействия с глинистыми и хе-
могенными горными породами и разработка на этой основе рецептур буровых
растворов с ингибирующими свойствами и промышленное испытание при бу-
рении ствола скважин в терригенных и хемогенных отложениях.
Задачи исследования.
В связи с поставленной целью задачами диссертации были:
- разработка нового полимерного реагента для стабилизации буровых
растворов;
- разработка составов ингибирующих буровых растворов для бурения
ствола скважин в потенциально неустойчивых глинистых отложениях;
- разработка состава бурового раствора предотвращающего растворение
каменной соли и набухание ангидрита;
5
- разработка состава ингибирующих нефтеэмульсионных буровых рас-
творов с применением водорастворимых полимеров и
с использованием агрес-
сивных пластовых вод Узбекистана;
- проведение экспериментальных исследований по определению ингиби-
рующей способности пресных и минерализованных буровых растворов в усло-
виях высокой и нормальной температур.
Объект и предмет исследования
.
Объектом исследования явились по-
лимерные композиции на основе гидролизованного полиакрилонитрила
.
Предметом исследования явилось улучшение свойств буровых растворов
используемых при бурении нефтяных и газовых скважин. Разработана техноло-
гия получения новых полимерных композиций улучшающих свойства буровых
растворов.
Методы исследования:
вискозиметрия, ИК-спектроскопия, элементный
и функциональный анализ и другие физико-химические методы.
Гипотеза исследования
заключается в том, что полимерные композиции
на основе водорастворимых полиакриловых производных, должны обладать
повышенной эффективностью при улучшении свойств буровых растворов.
Основные положения, выносимые на защиту:
- разработка технологии получения нового полимерного реагента для об-
работки пресных и минерализованных буровых растворов;
- создание ингибирующих буровых растворов на основе минеральных вод
для бурения скважин в потенциально неустойчивых глинистых отложениях;
- создание бурового раствора предотвращающего растворение каменной
соли и предупреждение набухания ангидрита;
- создание ингибирующих нефтеэмульсионных буровых растворов с при-
менением водорастворимых полимеров и минерализованных пластовых вод
Узбекистана.
Научная новизна
диссертации заключается в разработке условий полу-
чения нового водорастворимого полимера на основе мокрых отходов производ-
ства волокна «Нитрон» механохимическим методом и получение на его основе
полимерных композиций для новых составов буровых растворов с применени-
ем различных легкодоступных химических реагентов. Изучены технологиче-
ские свойства этих растворов в зависимости от геолого-технических условий
разбуриваемых площадей. Разработана методика приготовления стабилизован-
ных буровых растворов с использованием минерализованных пластовых вод.
Личный вклад автора.
Данная работа является самостоятельным иссле-
дованием в области разработки и получения полимерного реагента из мокрых
отходов производства волокна «Нитрон». Автором непосредственно проведены
экспериментальные исследования по разработке технологической схемы полу-
чения полимерного реагента из мокрых отходов волокна «Нитрон» механохи-
мическим способом и получены композиции на его основе для буровых рас-
творов, предотвращающих размывание стенки скважин в потенциально неус-
тойчивых глинистых отложениях.
Научная и практическая значимость работы
заключается в разработке
технологии получения нового водорастворимого полимера на основе мокрых
6
отходов производства волокна «Нитрон» и использование результатов разра-
ботки в промысловых условиях, что обеспечит существенное повышение ус-
тойчивости стенок скважин в потенциально неустойчивых глинистых отложе-
ниях нефтегазоносных областей Узбекистана.
Реализация результатов: результаты разработок апробированы при буре-
нии скважин на площадках Наур-1, Кумчук-3 и на Устюрте месторождения
Бердах, где они показали высокую эффективность предложенных буровых рас-
творов.
Выпущены опытно промышленные партии полимерных реагентов и ком-
позиций, отвечающие требованиям нормативной технологической документа-
ции и разработан технологический регламент производства и технические ус-
ловия на водорастворимых полимерный реагент и композиции.
Апробация работы.
Результаты обсуждались на научно- технической
конференции с участием зарубежных учёных «Композиционные материалы:
структура, свойства и применение».-(Ташкент, 27-28 июня 2008г.), Республи-
канской межвузовской научно-технической конференции молодых учёных
«Нанокомпозиционные материалы».- (Ташкент, 16-17 апреля 2009 г ).
Публикации.
По результатам исследования опубликовано 11 работ, в том
числе учебное пособие в двух частях, 6 статей, 2 из которых опубликованы в
международных журналах.
Структура и объём диссертации:
Диссертационная работа состоит из
введения, пяти глав, выводов, приложений. Работа изложена на 102 страницах
текста, включающего 14 таблиц и 25 рисунков. Библиография состоит из 80 на-
именований литературных источников.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и за-
дачи, научная новизна, практическая значимость проведенных исследований.
Обзор литературы
посвящен исследованию и применению водорастворимых
акриловых полимеров и сополимеров для стабилизации буровых растворов.
Проанализированы литературные данные по получению водорастворимых по-
лимеров на основе полиакрилонитрила и путем полимераналогичных превра-
щений. В главах 2-5 приведены экспериментальная часть, полученные резуль-
таты, их обсуждение и основные выводы.
Разработка и исследование модифицированного полимерного реаген-
та на основе местного сырья
Синтез исходного полимерного реагента МПР-1
Как уже было отмечено выше, наиболее широко при бурении скважин
для стабилизации буровых растворов используются акриловые полимеры полу-
ченные гидролизом полиакрилонитрила или полиакриламида. Основываясь на
этом, в работе предложен ещё один подход для получения модифицированного
водорастворимого полиакрилового производного на основе гидролизованного
7
полиакрилонитрильного волокна «Нитрон». Химическое строение гидролизо-
ванного полимера следующее:
C H
2
C H
C N
C H
2
C H
C OONa
C H
2
C H
C ONH
2
n
m
x
Видно, что он по своему химическому строению очень похож на полимерный
реагент К-4. Однако в отличие от К-4, данный реагент, получен механохимиче-
ской обработкой и гидролизом мокрых отходов волокна «Нитрон». Для меха-
нохимической обработки мокрое волокно замораживали, размалывали и гидро-
лизовали 4% раствором щелочи. На рисунке 1 представлены кинетические кри-
вые гидролиза отходов мок-
рого волокна «Нитрон» под-
вергнутого
механохимиче-
ской обработке. Степень пре-
вращения нитрильных групп
контролировали ИК-спектро-
скопическим методом по ин-
тенсивности полосы погло-
щения нитрильных групп.
Для сравнения приведены ли-
тературные данные по кине-
тике получения известного
препарата К-4 гидролизом не-
обработанного волокна «Нит-
рон». Из данных приведённых
на рисунке 1 видно, что при
одинаковой продолжительно-
сти процесса и меньшей тем-
пературы реакции степень
превращения обработанного
мокрого волокна выше, чем
необработанного.
Следова-
тельно, использование в качестве сырья отходов мокрого волокна (которых на
производстве ОАО «НавоиАзот» намного больше, чем сухих) и его механохи-
мическая обработка намного повышает эффективность получения водораство-
римого полимера. В дальнейшем полученный водорастворимых полимер под-
вергается модификации и дальнейшей деструкции инициатором К
2
S
2
O
8
,. Пред-
полагаемый механизм реакции модификации следующий: в результате распада
инициатора образуются радикалы, которые отрывают атом водорода от атома
углерода находящегося в
-положении от карбоксильной группы с образовани-
ем макрорадикалов дальнейшей деструкцией полимерной цепи под воздействи-
ем этих радикалов. В результате полимер МПР-1 обладает меньшей степенью
полимеризации и его водный раствор обладает меньшей вязкостью, чем К-4
(см. таблицу 1) и поэтому при хранении не переходит в гелеобразное состояние,
Концентрация щёлочи 4%, 1-мокрое волокно
(Т=343К), 2-сухое волокно, соотношение 2,5:1.
1 (Т=363К)
Рис.1. Зависимость степени превращения
нитрильных групп волокна «Нитрон» от
времени.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
1
2
3
время, час
ст
еп
ен
ь
пр
евр
ащ
ен
ия
1
2
8
что и сказывается в улучшении его стабилизирующих и солеустойчивых
свойств.
На рисунке 2 приведена принципиальная технологическая схема непре-
рывного способа получения модифицированного полимерного реагента из от-
ходов производства мокрого волокна «Нитрон».
В реактор (1), снабженный якорной мешалкой, паровой рубашкой и холо-
дильником (2), через расходомер (4) поступает раствор щелочи в воде. Затем
при температуре 343К- в реактор (1) порциям подается предварительно измель-
ченный отход производства мокрого волокна «Нитрон», который взвешивается
на весах (3). После полного растворения полимера в реакционную массу вво-
дится расчетное количество персульфата калия. Процесс модификации и дест-
рукция макромолекул синтетического полимера протекает в течении 1-1,5 ча-
сов, при температуре 313-318К. После завершения реакции деструкции водный
раствор модифицированного препарата МПР-1 поступает в емкость-накопитель
(5). Этот продукт МПР-1 можно использовать для модификации буровых рас-
творов. Для получения МПР-2, представляющего собой сополимер акриловой
кислоты и лигнина, из емкости-накопителя (5) водный раствор гидролизован-
ного отхода самотеком поступает в реактор (6) снабженный якорной мешал-
кой, паровой рубашкой и холодильником (7). С целью получения МПР-3 в ре-
актор (6) из мерника (8) по порциям вводится расчетное количество 40% фор-
малина и для получения модифицированного полимера расчётное количество
лигносульфоната натрия. Процесс взаимодействия протекает в течение 2 часов
при температуре 343К. После завершения реакции в реакционную массу из
1,6- реактор, 2,7- холодильник, 3,11- весы, 4-расходомер для воды, 5- емкость-накопитель,
8,9- мерник, 10- бункер для раствора сульфата натрия
Рис.2. Принципиальная технологическая схема получения модифицированного поли-
мера МПР-1.
9
бункера (10) при постоянном перемешивании порциями подается взвешенный
сульфат натрия (11). Аминометилированное производное МПР-3 синтезируется
также, в полимер из мерника (9) подается расчетное количество диэтаноламина.
Реакцию аминометилирования производят в течение 3-3,5 часов при темпера-
туре 343К. После полной гомогенизации реакционной массы и окончания реак-
ции готовый продукт упаковывается и отправляется на склад готовой продук-
ции. Процесс дальнейшей модификации полимера протекает в течение 3-3,5
часов при температуре 348-353К.
По предложенной технологии совместно с сотрудниками буровых пред-
приятий на передвижной установке было выпушено реагента МПР-1 (замени-
теля К-4) в количестве около 500 тонн, а Устюртское, Сурханское и Бухарское
Управление буровых работ продолжают выпуск МПР-1 и настоящее время. Ус-
тановка представляет собой металлическую емкость, разделенную на две части,
нижняя часть которой, служит нагревательной печью, а верхняя используется
для получения МПР-1. Печь работает на топливе (или природном газе), посту-
пающего из специального бака в капельную горелку. Для наиболее полного
сгорания топлива предусмотрена принудительная подача воздуха вентилято-
ром, подающим воздух в форсунку. Необходимая в верхней части установки
температура 343К контролируется дистанционным термометром и поддержи-
вается в течении 2-3 часов до получения вязкой массы в верхнем баке. Габарит-
ность установки можно регулировать от 5 до 10м
3
полезного объема или по
возможности можно приобрести заводской водяной реактор объемом от 5 до
12м
3
. Таким образом, полученный полимерный реагент МПР-1 имеет стои-
мость по ценам -2007 года приблизительно 350-400 тыс. сум за тонну.
По стоимости МПР-1 на 40-50% дешевле, чем К-4 заводского выпуска.
Качество выпускаемого МПР-1 вполне удовлетворяет требованиям, предъяв-
ляемым к реагентам для буровых растворов. Результаты лабораторных и про-
изводственных испытаний полимерного реагента МПР-1 показывают, что но-
вый реагент может заменить полимерный реагент К-4.
Изучение физико-химических свойств модифицированного
полимера МПР-1
Модифицированный полимер представляет собой пасту содержащую 12-
14% основного вещества. Растворимость полимера в воде зависит от степени
полимеризации гидролизованного остатка исходного полимера. МПР-1 с более
высокой степенью полимеризации (СП) растворяется в воде тем лучше, чем
выше степень замещения (СЗ), но не растворяется в органических растворите-
лях.
Водные растворы МПР-1 характеризуются высокой динамической вязко-
стью, сильно возрастающей с увеличением концентрации раствора (рисунок 3)
и степени полимеризации гидролизованного продукта и уменьшающейся с по-
вышением температуры. Водные растворы МПР-1 являются неньютоновскими
жидкостями: вязкость их растворов в значительной степени зависит от скорости
сдвига, уменьшаясь с увеличением последней.
10
Степень агрегирования МПР-1 в растворе увеличивается при повыше-
нии степени полимеризации и концентрации МПР-1 и уменьшается с увеличе-
нием степени замещения нитрильных групп на карбоксильные. Последнее обу-
словлено тем, что с увеличением степени замещения возрастает величина отри-
цательного электрического заряда макрополианинов, что затрудняет их ассо-
циацию. На величину динамической вязкости растворов МПР-1 влияет присут-
ствие низкомолекулярных электролитов, в частности хлористого натрия (рису-
нок 4).При небольших концентрациях низкомолекулярного электролита на-
блюдается уменьшение вязкости раствора МПР-1, что связано с экранировани-
ем макрополианионов и уменьшением их эффективного электрического заряда.
Стабилизирующие свойства МПР-1 в отношении буровых растворов
зависят, как указывалось выше, от степени замещения, степени полимеризации
и фракционного состава МПР-1. Данные, приведенные на рис.5, показывают,
что минимальная водоотдача буровых растворов, стабилизированных различ-
ными препаратами МПР-1, достигается при степени замещения 80-95.
Очевидно, что с повышением степени гидролиза МПР-1 до 80 улучша-
ется растворимость последнего в воде и, как следствие этого, повышаются за-
щитные свойства. С увеличением степени замещения больше 80 уменьшается
устойчивость МПР-1 к осаждающему действию катионов поливалентных ме-
таллов и водоотдача бурового раствора увеличивается. Аналогичная зависи-
мость наблюдается и при обработке буровых растворов из кудиновской глины
техническими образцами МПР-1.
Вязкостные и структурно-механические показатели буровых растворов
как нагревавшихся, так и не подвергавшихся прогреву, также имеют мини-
мальные значения при обработке реагентом МПР-1. Для изучения влияния тем-
пературы и степени замещения МПР-1 на показатели буровых растворов ис-
Степень полимеризации 86; концентра-
ция МПР 3%
Рис.4. Зависимость вязкости водного
раствора МПР-1 от концентрации
хлорида натрия
.
600
800
1000
1200
0
4
8
12
16
20
Вя
зк
ос
ть
, с
.
пу
аз
ы
Концентрация NaCI, %
Степень полимеризации 86; температура
293, скорость сдвига G=l,19 cек.-
1
Рис.3. Зависимость вязкости водного
раствора от концентрации МПР-1
0
200
400
600
800
1000
1200
0
1
2
3
4
В
яз
ко
ст
ь,
с
.
пуа
зы
Концентрация МПР, г/дл
11
1-неминерализованный буровой раствор;
2
-
буровой раствор, содержащий 10% NaC1;
3-
буровой раствор, содержащий 1,0%
СаС1
2
Рис. 5. Зависимость стабилизирующих
свойств МПР-1 от степени замещения.
1,
1' – водоотдача и 2, 2
' –
вязкость до и после
прогрева. Температура 413К
Рис. 6. Изменение свойств буровых раство-
ров в зависимости от степени замещения
МПР-1
пользовались образцы МПР с
степенью замещения 81—87 и
степенью полимеризации 240—
615. Полученные данные приве-
дены на рисунке 6. Они показы-
вают, что водоотдача буровых
растворов, подвергавшихся про-
греву, имеет меньшее значение
при использовании образцов
МПР-1 с большими величинами
СЗ, даже если МПР-1 вводятся в
несколько меньшем количестве.
Таким образом, термостойкость
буровых растворов, обработан-
ных МПР-1, увеличивается с по-
вышением степени замещения.
Следует отметить, что на эффек-
тивность МПР-1 как стабилиза-
тора буровых растворов при по-
вышенных температурах, как бу-
дет показано ниже, большое влия-
ние оказывает и величина рН сре-
ды. Свойства МПР-1 и пригод-
ность ее для практических целей
определяются степенью полиме-
ризации. Причем средневязкие
марки МПР-1 используются для
снижения фильтрации пресных и
слабоминерализованных (до 5%
NaCl) растворов с большим со-
держанием твердой фазы и высо-
кой плотностью при температуре
до 353К и добавках от 0,5 до 2,0
%. При этом реологические свой-
ства буровых растворов изменя-
ются незначительно. Высоковяз-
кие марки МПР-1 и его модифи-
кации могут использоваться прак-
тически в любых растворах на
водной основе при полной мине-
рализации по NaCl, температуре
до 453К и добавках от 0,5 до 2,0%. При этом, чем выше СП, тем меньше
должно быть в растворе твердой фазы, иначе будет возрастать условная вяз-
кость и связанные с ней проблемы. МПР-1 наиболее эффективен при рН=8-10, а
12
при рН<6 и наличии поливалентных солей выпадает в осадок, что связано с
частичным переходом МПР-1 из хорошо растворимой натриевой в труднорас-
творимую водородную (кислотную) форму. При рН=11 и более МПР-1 сверты-
вается от избытка щелочи и также выпадает в осадок. При повышенных темпе-
ратурах, начиная с 353К, происходит термоокислительная деструкция МПР-1,
при этом высоковязкие марки переходят в средневязкие, последние - в низко-
вязкие с полной потерей эффективности обработки. Уменьшить деструкцию и
повысить термостойкость на 303-333К можно путем удаления кислорода с по-
мощью добавок в раствор различных антиоксидантов: 1,2-2,0% малотоксичных
моно-, ди- и триэтаноламинов, 0,1-1,5% ионола, 0,05-2,0% сульфита натрия,
0,25-2,5% сульфида натрия, 0,05-1,5% тетрабората натрия. Термостойкость
МПР-1 в пресных растворах составляет 493К, а при наличии в растворе 0,5%
ионов Са
2+
393К соответственно.
Глинистые суспензии МПР-1 и его модификации имеют высокую услов-
ную вязкость при очень низких скоростях сдвига, которая резко снижается с
повышением температуры. Так при 373К вязкость суспензии почти в 5 раз
меньше, чем при 295К. При этом в высокоминерализованных растворах, обра-
ботанных МПР, практически отсутствует тиксотропность, т.е. СНС равно нулю.
Для достижения структуры в таких растворах можно использовать палыгорски-
товый глинопорошок, биополимеры (получаются под действием бактерий из
ксантановой смолы), глинистую пасту, или щелочную «затравку». «Затравка»
представляет собой смесь асбеста и каустической соды в соотношении 1:4.
Практика показывает, что наибольший эффект при стабилизации раствора дос-
тигается при добавлении порошкообразного МПР-1.
Одной из основных характеристик глинистых суспензий модифицирова-
ных водорастворимыми полимерами и используемых в качестве буровых рас-
творов является их вязкость в воде и в водносолевых системах. В таблице 1
приведены значения кинематической и приведённой вязкостей суспензий мо-
дифицированных полимерным реагентом МПР-1.
Таблица 1
Сравнительные вязкостные характеристики глинистых суспензий моди-
фицированных полимерными реагентами МПР-1, КМЦ и К-4
Название
реагента
Концентрация
реагента,С, %
Кинематическая
вязкость, Мм
2
/с
Относительная
вязкость,
отн
Удельная
вязкость,
уд
Приведенная
вязкость,
приб
К-4
0,25
260
7,87
6,87
27,5
К-4
0,125
139
4,2
3,2
25,6
К-4
0,0625
75
2,27
1,27
20,3
К-4
0,0313
45
1,36
0,36
11,5
КМЦ
0,25
48,5
1,46
0,46
1,84
КМЦ
0,125
40
1,21
0,21
1,68
КМЦ
0,0625
36,6
1,1
0,1
1,6
КМЦ
0,0313
34,8
1,05
0,05
1,59
МПР-1
0,25
145
4,39
3,39
13,5
МПР-1
0,125
86,6
2,62
1,62
12,9
МПР-1
0,0625
57,7
1,73
0,79
12,6
МПР-1
0,0313
39,4
1,19
0,19
6,07
13
1-0,0625% р-р МПР-1; 2-0,125% р-рМПР-1
3-0,25% р-р МПР-1; 4-0,5% р-р МПР-1.
Рис.7. Влияние содержания NaCl на от-
носительную вязкость суспензии моди-
фицированных МПР-1.
0
1
2
3
4
5
6
7
0
5
10
15
20
25
30
О
т.
в
яз
ко
ст
ь,
д
л
/г
Содержание NaCI, %
4
3
2
1
Как видно из таблицы 1, увеличение концентрации реагента приводит к
возрастанию как кинематической, так и приведённой вязкости изучаемых сус-
пензий. При этом вязкость суспензий с добавками МПР-1 меньше, чем у сус-
пензий с добавками К-4, но больше чем с добавками КМЦ. Результаты по опре-
делению относительной вязкости суспензий модифицированных МПР-1 в соле-
вых растворах приведены на рисунке 7 .
Как видно из рисунка 7, при добавлении в водный раствор реагента МПР-
1 поваренной соли до 10%, относительная вязкость суспензии уменьшается, но
при дальнейшем увеличении концентрации NaCl до 30% наблюдалось её уве-
личение. Необходимо отметить, при насыщении водного раствора реагента
МПР-1 поваренной солью не наблюдалось коагуляция суспензии, что свиде-
тельствует о его высокой солеустойчивости.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что
для значения относительной вязкости растворов МПР-1 в присутствии сильного
электролита NаСI наблюдается минимум соответствующий эквивалентной
точке равной концентрации ионоген-
ных групп в макромолекуле полиме-
ра.
Как известно, стабилизирую-
щие свойства полимеров сильно за-
висят от их коллоидно-химических
свойств. Учитывая то, что МПР-1 в
своём составе содержит гидрофиль-
ные ионогенные и гидрофобные уг-
леводородные полимерные цепи его
можно отнести к классу поверхност-
но-активных веществ. Доказательст-
вом этого является то,что добавление
МПР-1 к воде приводит к уменьше-
нию её поверхностного натяжения и
это уменьшение возрастает с увеличением концентрации полимера. Стабилиза-
ция суспензий происходит за счёт адсорбции ПАВ на поверхности коллоидных
частиц глины. Поэтому нами были исследованы поверхностно-активные свой-
ства полимера МПР-1 в присутствии глины каолинитового типа. Полученные
результаты исследования приведены на рисунке 8. Экстремальный характер за-
висимости адсорбционной активности МПР-1 от степени замещения можно
объяснить тем, что адсорбционно-активными группами в макромолекуле поли-
мера являются преимущественно СООН, СОNН
2
группы.
При увеличении ионогенных групп в макромолекуле МПР увеличивается
гидрофильность полимера, что приводит к лучшему его растворению в воде, и
к большей его адсорбции. Однако, дальнейшее увеличение степени замещения
МПР-1 приводит к снижению адсорбционной активности образцов МПР-1 из-
за их высокой гидрофильности, приводящей к снижению поверхностно-
активных свойств. В присутствии низкомолекулярных электролитов, подав-
ляющих диссоциацию полиэлектролитов, адсорбция полимера МПР-1 возрас-
14
тает в силу уменьшения ионизации функциональных групп полимера и сил от-
талкивания одинаково заряженных макромолекул.
Особенно сильно это проявля-
ется в присутствии поливалент-
ных ионов. При этом исследова-
ния показывают, что адсорбция
МПР-1 ниже, чем у его аналогов
К-4 и ГИПАН. Вследствии этого
стабилизирующие
свойства
у
МПР-1 проявляются при более
низких концентрациях и он явля-
ется более солеустойчивым поли-
мером, чем его аналоги.
Адсорбция
ионогенных
групп полимеров на частицах
глины приводит к изменению их
электрокинетического потенциа-
ла.
Величина ζ -потенциала
глины так же, как и величина ад-
сорбции, зависит от степени за-
мещения МПР; в том и другом
случае кривые имеют аналогич-
ный характер с максимумом при
степени замещения около 85.
Следовательно, основным
фактором, обусловливающим стабилизирующее действие водорастворимых по-
лимеров в отношении глинистых суспензий, является образование адсорбцион-
ных слоев на частицах дисперсной фазы.
Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что на-
личие ионогенных группы в макромолекуле полимеров сильно изменяет их
коллоидно-защитные свойства. При этом, коллоидно-защитные свойства поли-
мерных композиций на основе МПР-1 выше, чем у многих используемых по-
лимеров.
Исследование кинетики фильтрации буровых растворов
с добавками полимерного реагента
Скорость фильтрации является одним из важных технологических
свойств буровых растворов. Для ее снижения обычно применяют добавки на
основе водорастворимых полимерных реагентов.
Количественное рассмотрение кинетики фильтрации позволяет устано-
вить механизм фильтрации, выявить факторы, которые, ее обусловливают.
Нами была исследована кинетика фильтрации буровых раствор, приготовлен-
ных из Шорсуйского глинопорошка. В качестве понизителей водоотдачи сус-
пензий применяли КМЦ-500, К-4 и реагент МПР-1, а также изучали влияние
Концентрация МПР-1 0,5
г/дл.
1- в отсутствие электролитов,
2
-
при 0,05
г/дл
NaCl, 3
-
при 5,0
г/дл
NaCl,
4
-
при 10,0
г/дл
NaCl, 5
-
при 1,0
г/дл
СаС1
2
,
6
-
при 3,0
г/дл
СаС1
2
и 7- при 5,0
г/дл
СаС1
2
.
Рис. 8. Зависимость величины адсорбции от
степени замещения
МПР-1.
15
добавок до 26% поваренной соли и до 10% цемента на вязкость и фильтрацию
буровых растворов обработанных реагентом МПР-1.
Как видно из рисунка 9
добавление полимерных реа-
гентов уменьшает скорость
фильтрации буровых раство-
ров из глинопорошка и при
этом реагент МПР-1 намного
эффективнее, чем реагенты
К-4 и КМЦ-500. Добавление
26% хлорида натрия и до
10% цемента к Шорсуйскому
буровому раствору стабили-
зированного
полимерным
реагентом МПР-1, слабо вли-
яя на начальную скорость
процесса, усиливает закупо-
ривание пор фильтрационной
коркой. Это связано с хоро-
шей солестойкостью реагента
МПР-1. Полученные экспе-
риментальные данные свидетельствует о том, что реагент МПР-1 превосходит
все другие исследованные нами реагенты по солестойкости, которые данное
время выпускаются на наших химических комбинатах.
Многофункциональные буровые растворы на основе реагента МПР-1
В настоящее время для регулирования и стабилизации фильтрационных и
реологических свойств промывочные растворы обрабатываются полимерными
реагентами К-4, К-9 и др. Однако, промывочные растворы, стабилизированные
указанными выше реагентами, неустойчивы к воздействиям солей, и отмечены
большие расходы реагента на 1 пог.метр проходки. Учитывая эти обстоятельст-
ва, нами приготавливались соленасыщенные буровые растворы. Для регулиро-
вания фильтрации бурового раствора использовался полимерный реагент МПР-
1 в качестве 2% от общего объема насыщенный хлористым натрием. Получен-
ные результаты исследования показывают, что при обработке пресных, не ми-
нерализованных буровых растворов с реагентом МПР-1 показатель фильтрации
в присутствии 26% NaCl составляет 5,0 см
3
/мин, другие параметры в переделах
нормы. Раствор проявил себя обратимо термостойким.
Дальнейшие исследования проводились в имитирующих скважину усло-
виях. Для этого приготавливались соленасыщенные буровые растворы и обра-
батывались полимерным реагентам МПР-1. После чего в готовую суспензию
добавлялись цемент (1-10%), хлористый магний (1-10%).
0
5
10
15
20
25
30
35
0
5
10
15
20
25
30
Ф
, см/
30
ми
н
Время Т, мин
1
2
3
4
5
6
7
1 - без добавки; 2 - 0,5 % КМЦ-500; 3 - 1,0 %
КМЦ-500; 4 - 0,5 % К-4; 5 - 1,0 % К-4; 6-0,25%
МПР-1; 7-0,5% МПР-1.
Рис.9. Кинетика фильтрации раствора из
Шорсуйского глинопорошка.
16
Полученные результаты показали, что соленасышенные буровые раство-
ры, обработанные полимерным реагентам МПР-1, устойчивы к кальциевым и
магниевым агрессиям.
Малоглинистый ингибирующий буровой раствор на основе полимерного
реагента МПР-1
Нами были изучены основные технологические параметры бурового рас-
твора, содержашего полимерный реагент МПР-1, цемента и сульфата аммония.
В качестве эталонов сравнения применялись характеристики раствора на осно-
ве глинопорошка с добавками МПР-1, К-4. Результаты сравнительных анализов
приводятся в таблице 2. Как видно из таблицы 2 показатели фильтрации бенто-
нитовых глинистых растворов, обработанных КМЦ-500 и К-4, намного выше,
чем у предлагаемого бурового раствора, обработанного новым полимерным
реагентом МПР-1. При добавлении цемента и сульфата аммония в
ингибированные буровые растворы показатель фильтрации практически не
изменяется, а другие показатели раствора находятся в пределах нормы.
Таблица 2
Характеристика буровых растворов с
полимерными реагентами КМЦ-500 и К-4 и реагентом МПР-1
Состав глинистой суспензии
, кг/м
3
Т
500,
сек
Ф,см
3
/
30мин
Т
к,
мм
рН
Отстой, %
Исх. 4% бентонитовый глинистый
раствор
1030
20
17,0
2,0
8,5
2,0
Исх.р-р + 1,0 % КМЦ-500
1030
56
6,5
0,5
8,5
0
Исх.р-р + 1,0 % К-4
1030
140
7,0
1,0
9,5
0
Исх.р-р + 1,0 % МПР-1
1030
120
4,0
Пл
9,5
0
Исх.р-р+1,0%МПР-1 +3% цемент
1040
110
4,5
1,0
10,0
0
Исх.р-р + 1,0 % МПР-1+5 % цемент
1050
95
6,0
1,0
10,0
0
Исх.р-р + 1,0 % МПР-1+3% цемент
+ 0,5 (NH
4
)
2
SO
4
1040
80
5,0
1,0
10,0
0
При нагревании на 353К
1050
40
15,0
2,0
10,0
-
После охлаждения до 293К
1060
78
7,0
1,5
10,0
0
Утяжеленный ингибирующий буровой раствор на основе полимерного
реагента МПР-1
Технология получения данного раствора заключается в следующем: сна-
чала приготавливается водная суспензия бентонитовой глины и обрабатывается
полимерным реагентом МПР-1. После чего раствор утяжеляется баритом до
требуемой плотности и вводится цемент и сульфат аммония. Результаты прове-
денных исследований свидетельствуют о том, что с применением реагента
МПР-1 можно получить утяжеленные ингибирующие буровые растворы, кото-
рые при нагревании до 353К и охлаждении сохраняют свои первоначальные
параметры. Буровые растворы, обработанные кальцинированной содой при на-
гревании до 353К, становятся не текучими, и переходит в гелеобразную форму.
Исследованиями установлено, что сульфат аммония обладает высоким разжи-
жающим эффектом. При добавлении 1% сульфата аммония к гелеобразным бу-
17
ровым растворам, растворы переходят в жидкую форму и легко прокачиваются
буровыми насосами.
Хлоркалиевый буровой раствор на основе МПР-1
Предлагаемый буровой раствор приготавливается введением в состав
бентонитовой глинистой суспензии реагента МПР-1, сульфата аммония, мине-
ральных солей калия (КCl). Применение сульфата аммония позволяет образо-
вать осадок в виде сульфата кальция за счет вступления в химическую реак-
цию с ионами Са
2+
, который предотвращает набухание глинистых пород, ис-
ключает применения кальцинированной соды, а также органических понизите-
лей вязкости. Расход химических реагентов для приготовления предлагаемых
нами буровых растворов значительно меньше, чем для применяемых в широ-
ком масштабе хлор калиевых глинистых растворов. Отличительным свойством
разработанного бурового раствора является сохранение своих первоначальных
параметров после термической обработки.
Гидрофобный нефтеэмульсионный буровой раствор
на основе подмыльного щелока
Для этой цели была разработана новая рецептура нефтяной эмульсии с
добавлением ингибирующих добавок CaCl
2
, NaCl, MgCl
2
и KCl, которая отли-
чается от известной, следующими свойствами:
- значительна большая щелочность рН = 8 - 9;
- большее содержание растворенных ионов кальция, магния, натрия и калия (от
10 до 20%);
- большая стойкость по отношению к частицам гипса, ангидрита, цемента, со-
держание более 20% NaCl;
В состав нефтеэмульсионного раствора входит 5-7 % бентонитовой сус-
пензии, к которой добавляют подмыльный щелок в количестве 10-20% в виде
50%-ного водного раствора. После чего в готовую суспензию вводят нефть от
10 до 20 % от общего объема бурового раствора. Ингибирующие добавки NaCl,
CaCl
2
, MgCl
2
, KCl растворяют в воде перед приготовлением бентонитовой сус-
пензии. Ввод подмыльного щелока в состав бурового раствора обеспечивает
переход агрессивных ионов калия, магния и кальция в нерастворимые соли, ко-
торые отрицательно не влияют на полимерные реагенты. Соапсток, входящий в
состав подмыльного щелока, выполняет функцию эмульгатора для получения
нефтяной эмульсии. Количество добавляемого подмыльного щелока зависит от
минерализации применяемой воды. Применение подмыльного щелока исклю-
чает использование каустической и кальцинированной соды, а также эмульга-
торов для получения нефтеэмульсионных буровых растворов, кроме того, со-
кращается расход полимерных реагентов. Полученные буровые растворы по
своим свойствам не хуже по эффективности от применяемых, однако, из-за ис-
пользования местного сырья являются более дешёвым продуктом.
Таким
образом, полученные результаты показывают, что на основе реагента МПР-1
можно получить различные буровые растворы, которые применяются в зависи-
мости от условий бурения скважины.
18
Результаты промышленной апробации ингибирующего бурового раствора
на основе цемента и сульфата аммония на площади Наур-1
На основании проведенных промышленных испытаний на площади На-
ур-1, было рекомендовано перед подъемом бурильного инструмента, при про-
мывке скважины добавить на два цикла циркуляции рабочего бурового раство-
ра 0,5% К-9, 0,1% КМЦ, 0,5% цемента, 0,1% сульфата аммония от общего объ-
ема раствора. Доказано, что в дальнейшем при бурении зон осыпающихся и
легконабухающихся глинистых пород, обработка бурового раствора цементом
и сульфатом аммония, приводит к исключению применения кальцинированной
и каустической соды, а также органических разжижителей вязкости -ФХЛС,
ССБ и др. Выше перечисленные преимущество предлагаемого бурового рас-
твора обеспечивает экономию дорогих и дефицитных реагентов, которые дос-
тавляются в нашу Республику из-за рубежа за валюту.
Промышленное испытание полимерного реагента МПР-1
на площади Кумчук-3
Результаты опытно-промышленного испытания реагента МПР-1 показа-
ли, что с помощью этого реагента можно понизить фильтрацию бурового рас-
твора, даже при рН=6,0-7,0 без остановки бурения ствола скважины. Это дока-
зывает, что реагентом МПР-1 может заменить известные полимерные реагенты,
как КМЦ, К-4 и К-9. План работы и акт об опытно промышленном испытании
реагента МПР-1 прилагается в данной работе.
Результаты промышленной апробации нефтеэмульсионного бурового рас-
твора на основе подмыльного щелока на Устюрте
Предлагаемый состав нефтеэмульсионного бурового раствора испытан
на площади Северный Бердах при бурении ствола скважин в интервале 103-910
м. Результаты промышленного испытания отхода масложирового комбината -
подмыльного щелока на скважине №2 площади Северный Бердах показали, что
с помощью этого отхода можно приготовить гуматно-полимерные буровые
растворы, на основе высоко минерализованных пластовых вод, и поддержать
параметры бурового раствора, указанные в нормативно-технической докумен-
тации, несмотря на содержание агрессивных ионов (К-4,0 %, Са-1,54 % и Мg-
8,51 %) в составе пластовой воды пл. Северный Бердах.
ВЫВОДЫ
1.
Проведен всесторонний анализ библиографических данных по примене-
нию водорастворимых полимеров и сополимеров в качестве регуляторов, ста-
билизаторов буровых растворов, в осложненных условиях: при потере устой-
чивости ствола скважин, приводящие к осыпям и обвалам глинистых пород.
Научно обоснована возможность использования водорастворимых полимеров и
сополимеров, содержащих активные функциональные группы, в качестве ста-
билизаторов коллоидно-химических свойств и технологических параметров
19
глинистых суспензий применяемых при бурении скважин в зависимости от
геолого-технических условий бурения скважин на территории Узбекистана.
2.
Путем механохимической обработки и щелочного гидролиза мокрых от-
ходов производства полиакрилонитрильного волокна «Нитрон», а так же моди-
фикацией инициатором персульфатом калия разработан способ получения мо-
дифицированного водорастворимого полиакрилового производного (МПР-1).
Исследованы реологические и поверхностно-активные свойства водных рас-
творов, полученного полимерного производного. Показано, что по своим физи-
ко-химическим свойствам синтезированный полимерный реагент соответствует
требованиям, предъявляемым к стабилизаторам глинистых суспензий для буре-
ния скважин.
3.
Разработана технология получения модифицированного полимерного
реагента МПР-1 на основе мокрых отходов производства волокна «Нитрон».
Изучены физико-химические свойства реагента МПР-1 и определены его тех-
нические характеристики.
4.
Исследовано влияние содержания модифицированного полимерного реа-
гента на степень набухания глинистых пород в различных фильтратах и техно-
логические параметры глинистого бурового раствора. Показано, что обработка
буровых растворов полимерным реагентом МПР-1 и ингибирующими добавка-
ми приводит к значительному снижению степени набухания частиц глинистых
пород за счёт капсулирующего эффекта и уменьшения степени увлажнения.
5.
Разработан новый состав композиционного нефтеэмульсионного ингиби-
рованного бурового раствора на основе аммонийных солей и полимерного реа-
гента МПР -1. Установлено, что применение этого состава бурового раствора
эффективно обеспечивает устойчивость и целостность стенок стволов скважин,
на разбуриваемых площадях в Устюртском регионе.
6.
Апробация разработанных композиций при бурении скважин на площади
Кумчук-3 на Устюрте свидетельствует о высокой научно-практической значи-
мости проведенных исследований. Выпущены опытно-промышленные партии
полимерного реагента и его композиций, которые полностью отвечают требо-
ваниям и нормативной технической документации.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
1.Зозуля В.П., Зозуля Н.Е., Магрупов А.М. Буровые промывочные и тампо-
нажные растворы. Учебное пособие. – Ташкент: «Ношир», 2010. - Часть 1.-
с. 326/
2.Зозуля В.П., Зозуля Н.Е., Магрупов А.М. Буровые промывочные и тампо-
нажные растворы. Учебное пособие. – Ташкент: «Ношир», 2010. - Часть 2.-
с. 374/
3. Ёдгаров Н., Магрупов А., Исмаилов Г. Малоглинистая полимерная ком-
позиция для вскрытия нефтегазовых пластов с аномально низким давлением
// Композиционные материалы.–Ташкент, 2008. - №1. - С.52-54.
4. Магрупов А.М. Разработка и исследование солестойкого реагента на ос-
нове местного сырья // Наука и производство. – Москва, 2008. - №1. - С.85-
86.
20
5. Ёдгаров Н., Магрупов А. Химическая обработка глинистых растворов мо-
дифицированными полимерными реагентами // Композиционные материалы.
–Ташкент, - 2008. - №2. - С.4-6.
6. Ёдгаров Н., Магрупов А. Буровые растворы на основе модифицированно-
го полимерного реагента МПР-1 //Наука и производство. – Москва, 2008. -
№2. - С.60-62.
7. Магрупов А.М., Рахимов Х.Ю., Рузикулов С., Ёдгаров Н.Ё., Калмуратов
А. Разработка и исследование солестойкого реагента на основе местного сы-
рья //Композиционные материалы.– Ташкент, 2009. - №3. - С.28-29.
8. Рахимов Х.Ю., Магрупов А.М., Исмаилов Г.И., Ёдгаров Н., Калмуратов
А. Изучение поверхностных свойств модифицированного полимерного реа-
гента МПР-1 // Композиционные материалы.– Ташкент, 2009. - №3. - С.16-
19.
9. Ёдгаров Н., Исмаилов Г, Магрупов А., Рузикулов С., Хужамуратов Р.
Исследование влияния полимерной композиции (ПК-2) на технологические
параметры глинистых растворов // Тезисы докладов Республиканской
научно-технической конференции с участием зарубежных учёных
«Композиционные материалы: структура, свойства и применение». -
Ташкент, 2008.- С.46-48.
10. Ёдгаров Н., Исмаилов Г., Магрупов А., Рузикулов С., Хужамуратов Р.
Использование полимерного реагента (ПК-1) для обработки глинистых сус-
пензий //Тезисы докладов Республиканской научно-технической конферен-
ции с участием зарубежных учёных «Композиционные материалы: структу-
ра, свойства и применение». - Ташкент, 2008. - С.138-140.
11. Ёдгаров Н., Исмаилов Г., Рахимов Х.Ю., Магрупов А.М., Поверхностно
– активные свойства композитов модифицированных полимерным реаген-
том МПР-1 //Тезисы докладов Республиканской межвузовской научно-
технической конференции молодых учёных «Нанокомпозиционные мате-
риалы». - Ташкент, 2009. - С.47-49.
12. Магрупов А.М., Ёдгаров Н. Солестойкие компоненты на основе местно-
го сырья //Тезисы докладов Республиканской межвузовской научно-
технической конференции молодых учёных «Нанокомпозиционные мате-
риалы». - Ташкент, - 2009. - С.49-50.
21
РЕЗЮМЕ
диссертации Магрупова А. М. тему «Разработка и исследование
полимерной композиции на основе местного сырья для примене-
ния при бурении скважин» на соискание ученой степени кандидата
технических наук по специальности 05.17.06- Технология и перера-
ботка пластмасс и стеклопластиков
Ключевые слова:
гидролизованный полиакрилонитрил, персульфат ка-
лия, модифицированный полимерный реагент МПР-1, технология получения,
буровые растворы, вязкость, применение.
Объекты исследования:
модифицированный полимерный реагент МПР-
1, буровые растворы, нефтяные скважины.
Цель работы
:
является разработка технологии получения водораствори-
мого полимера на основе мокрых отходов волокна «Нитрон» механохимиче-
ским методом,
новых композиций на основе этого полимера и химически ак-
тивных систем для применения в буровых растворах, исследование характера
их взаимодействия с глинистыми и хемогенными горными породами и разра-
ботка на этой основе рецептур буровых растворов с ингибирующими свойства-
ми и промышленное испытание при бурении ствола скважин в терригенных и
хемогенных отложениях.
Методы исследования:
вискозиметрия, ИК-спектроскопия, элементный
и функциональный анализ и другие физико-химические методы.
Полученные результаты и их новизна:
заключается в том, что в работе
впервые разработаны условия получения нового водорастворимого полимера
на основе мокрых отходов производства волокна «Нитрон» механохимическим
методом и на его основе получены полимерные композиции для новых соста-
вов буровых растворов с применением различных легкодоступных химических
реагентов. Изучены технологические свойства этих растворов в зависимости от
геолого-технических условий разбуриваемых площадей. Разработана методика
приготовления стабилизованных буровых растворов с использованием минера-
лизованных пластовых вод.
Практическая значимость:
диссертационной работы заключается, в
разработке технологии получения нового водорастворимого полимера на осно-
ве мокрых отходов производства волокна «Нитрон» и использовании результа-
тов разработки на промысловых условиях, что обеспечит существенное повы-
шение устойчивости стенки скважин в потенциально неустойчивых глинистых
отложениях на нефтегазоносных областей Узбекистана.
Степень внедрения и экономическая эффективность
результаты раз-
работок апробированы при бурении скважин на площадках Наур-1, Кумчук-3, и
на Устюрте. Они показали высокую эффективность предложенных буровых
растворов.
Выпушены опытно промышленные партии полимерных композиций и
другие композиционные добавки, отвечающие требованиям нормативной тех-
нологической документации и разработан технологический регламент произ-
водства и технические условия водорастворимого полимера.
Область применения:
Нефтегазовая промышленность.
22
Техника фанлари номзоди илмий даражасига талабгор Магру-
пов А. М. 05.17.06–Пласмасса ва шиша пластиклар технологияси
ва уларни ыайта ишлаш ихтисослиги бўйича «Махаллий хом
ащё асосида қудуқларни бурғулаш учун полимер композицияни
ишлаб чиқиш ва текшириш» мавзусидаги диссертация ишининг
РЕЗЮМЕСИ
Таянч сўзлар:
гидролизланган полиакрилонитрил, калий персульфат,
модифицкацияланган полимер реагент МПР-1, олиниш технологияси, бурғулаш
эритмалари, қовушқоқлик, қўлланиши.
Тадқиқот объектлари:
модификацияланган полимер реагент МПР-1,
бурғулаш эритмалари, нефт кони қатламларини бурғулаш.
Ишнинг мақсади:
“Нитрон” толаси ишлаб чиқаришни хўл чиқиндиларини
механо-кимёвий усул ёрдамида янги сувда эрувчан полимер олишнинг, полимер
ва кимёвий фаол тизимлар асосида янги полимер композиция олиш
технологиялприни ишлаб чиқиш, тупроқсимон ва хемоген тоғ жинслари билан
таъсирланишини ўрганиш ва бундай изланишлар асосида ингибирловчи хоссага
эга бўлган бурғулаш эритмаларини рецептурасини ишлаб чиқиш, уларни нефт
кони терроген ва хемоген қатламларини бурғулашда саноат синовларини
ўтказиш.
Тадқиқот усуллари:
вискозиметрия, ИҚ-спектроскопия, элемент ва
функционал анализ ва бошқа физик-кимёвий тадқиқот усуллари.
Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги:
Ишда биринчи маротаба
“Нитрон” толаси ишлаб чиқаришни хўл чиқиндиларини механо-кимёвий усул
ёрдамида янги сувда эрувчан полимер олишнинг шароитлари ишлаб чиқилган
ва унинг асосида янги таркибли бурғулаш эритмаларини
олиш учун турли хил
онсон топиладиган кимёвий реактивлар ёрдамида полимер композициялар
олинган. Бурғуланадиган майдонларни геологик ва техник шароитларига қараб
ушбу эритмаларнинг технологик хоссалари ўрганилган. Турғунлашлашган
бурғулаш эритмаларининг минераллашган ер ости сувлари ишлатилиши
ёрдамида тайёрлаш услубиёти ишлаб чиқилган.
Амалий аҳамияти:
«Нитрона» толасини ишлаб чиқаришни хўл
чиқиндилари асосида янги сувда эрувчан полимерни олиш технологияси ишлаб
чиқилиши ва ишланма натижаларинисаноат шароитида фойдаланиши ва бу
билан Ўзбекистонни нефтегаз худудларидаги оқувчан тупроқ қатламларни
деворларини мустахкамлашни сезиларли даражада оширилиши таъминлаш.
Татбиқ этиш даражаси ва иқтисодий самарадорлиги
ишланмалар
натижалари Нур-1, Камчук-3 ва Устюрт УРБси майдонлари қатламларини
бурғулашда текширилган. Текширишлар таклиф қилинаётган бурғулаш
эритмаларини юқори самарадорлийлигини кўрсатган.
Полимер композицияларни ва бошқа композицион қўшилмаларни
норматив хужжатларга жавоб берадиган тажриба саноат миқдорлари
чиқарилган ва сувда эрувчан полимерни ишлаб чиқариш технологиялари
регламенти, техник шароилари ишлаб чиқилган.
Қўлланиш соҳаси:
Нефт ва газ саноати.
23
RESUME
Thesis of Magrupov A. M. on the scientific degree competition of the
doctor of technical sciences (philosophy) candidacy on specialization
05.17.06 – technology and processing of plastics and glass-fiber materi-
als: “Development and research of polymer composition on the basis of
local raw material for the purposes of application in well drilling”.
Key words:
hydrolyzed polyacrylonitrile, potassium persuflate, modified poly-
mer reagent ACD-1, technology of production, drilling agents, viscosity, application
and use.
Subjects of the research:
modified polymer reagent ACD-1, drilling agents,
and oil wells.
Aim of the research:
is in development of technology of production of water
dissolvable polymer on the basis of wet waste of fiber “Nitron” by mechanical and
chemical methods, new compositions on the basis of this polymer and chemically ac-
tive systems for the purposes of their application in drilling agents, research of the be-
havior of their interaction with mud and chemical geological material as well as de-
velopment of the formulas of drilling agents with inhibiting properties and industrial
experiments when drilling of the well in terrigenous and chemical deposits on this ba-
sis.
Methods of the research:
viscosimetry, infrared spectroscopy, elemental and
functional analysis and other physical and chemical methods.
The results achieved and their novelty:
is in the fact that in this research for
the first time the conditions of obtaining new water dissolvable polymer has been de-
veloped on the basis of the waste of the production “Nitron” by mechanical and
chemical methods; also on its basis we have obtained polymer compositions for new
makeup of drilling agents with the application of various easily accessible chemical
reagents. Technological properties of these agents have been studied, depending on
the geological and technical conditions of drilling areas. The methodology of prepar-
ing stabilized drilling agents with the application of mineralized reservoir waters has
been developed.
Practical value:
of the thesis is in the development of the technology of obtain-
ing a new water dissolvable polymer on the basis of the waste of the production
“Nitron” as well as the application of the results of development in the industrial cir-
cumstances, which will provide significant increase of resistance of the well’s walls
in potentially unstable mud deposits in the oil and gas areas of Uzbekistan.
Degree of embed and economic efficiency:
the results of the development have
been tried while drilling the wells on the areas Nur-1, Kumchuk-3 and Ustyurt. They
have shown high efficiency of the offered drilling agents.
Experimental industrial sets of polymer compositions as well as other composi-
tional additions, which meet the requirements of normative technological documenta-
tion, have been issued. Technological procedural regulations of the production and
technical conditions of the water solvable polymer have been developed.
Sphere of usage:
Oil and gas industry.
