Понизители водоотдачи на основе акриловых полимеров (гипан, К-4, метас, ГППА, РС-2)

15.07.2019

Акриловые полимеры (полиакрилонитрил, полиакриламид) отличаются повышенной стойкостью к термической деструкции, что обусловлено углеродной связью в главной цепи полимеров. Однако полиакрилонитрил и полиакриламид не растворяются в воде и поэтому в естественном виде их нельзя применять для обработки глинистых растворов. Чтобы получить водорастворимые продукты, производят гидролиз акриловых полимеров, получая при этом различные препараты, используемые в бурении. Наиболее известным химическим реагентом на основе акриловых полимеров является гидролизованный полиакрилонитрил или, как его сокращенно называют гипан. Другой модификацией гидролизованного полиакрилонитрила является реагент К-4, разработанный С.А. Зайнутдиновым и К. С. Ахмедовым. На основе полиакриламида создан реагент РС-2. Реагенты на основе акриловых полимеров имеют повышенную термостойкость благодаря углерод-углеродной связи в главной цепи и повышенную солестойкость, что связано с наличием функциональных групп —CN и —СООН.

Рассмотрим основные свойства химических реагентов на основе акриловых полимеров.

Гипан получают омылением полиакрилонитрила (полинака) эквимолекулярным количеством каустика при 96—100°С. Оптимальные соотношения между полинаком, щелочью и водой 5,6:4:90 — 120. Реакция идет по следующей схеме
Понизители водоотдачи на основе акриловых полимеров (гипан, К-4, метас, ГППА, РС-2)

В результате этой реакции получают 10%-ный раствор гипана со степенью гидролиза 70—75%. По этой методике для получения 1 т сухого гипана расходуется 0,65 т акрилонитрила (HAK) и 0,35 т едкого натра.

Готовый гипан получают в виде 10%-ного раствора, представляющего собой вязкую жидкость желтоватого цвета. При разбавлении водой до 1%-ной концентрации гипан должен иметь вязкость 7—16 спз. Гипан представляет собой линейный полимер с большой длиной молекулы. Поэтому гипан снижает водоотдачу и повышает вязкость глинистого раствора, из-за чего затруднено его применение для обработки утяжеленных растворов. Солестойкость гипана проявляется в сохранении низкой водоотдачи при попадании NaCl в глинистые растворы, обработанные гипаном. Однако с увеличением минерализации вязкость глинистых растворов еще более возрастает. При повышении концентрации гипана предельное статическое напряжение сдвига глинистых растворов снижается до нуля.

Серьезным недостатком гипана, как и других акриловых полимеров, является нестойкость к действию хлористого кальция и других водорастворимых солей поливалентных металлов, что в значительной мере ограничивает область применения гипана.

Гипан наиболее целесообразно применять для снижения водоотдачи пресных глинистых растворов при пониженной концентрации твердой фазы в условиях высоких температур (до 180— 200°С). Он может быть использован для снижения водоотдачи минерализованных глинистых растворов в комбинации с другими реагентами (КМЦ, сунил).

Реагент К-4 получают путем неполного гидролиза полиакрило-нитрила с едким натром при соотношении компонентов 2,5:1. Продукт имеет следующую формулу:

Благодаря неполному гидролизу вместе с функциональными группами — COONa в молекуле реагента К-4 в большой мере сохраняются группы —CN, что улучшает его способность снижать водоотдачу. В то же время К-4 не так сильно повышает вязкость, как гипан.

Передвижная установка для приготовления К-4 непосредственно на буровых спроектирована и изготовлена в тресте Бухара-нефтегазразведка. Установка состоит из емкости для приготовления водного раствора каустической соды и реактора с водяной рубашкой, изготовленного из глиномешалки МГ2—3, а также вспомогательного оборудования. После приготовления каустической соды водяную рубашку реактора заполняют водой и подогревают ее с помощью эжекторных газовых горелок. Реактор заполняют раствором каустической соды и в него при перемешивании высыпают порошок полинака. Реакция проводится в течение 2—3 ч до получения реагента К-4 однородной консистенции.

Промышленные испытания полимерного препарата К-4 показали, что его можно применять для обработки глинистых растворов обычных и известковых, пресных и высокоминерализованных, нормальных и утяжеленных. Этот реагент быстро и резко снижает водоотдачу, толщину глинистой корки и предельное статическое напряжение сдвига. Методика обработки растворов этим реагентом очень проста (реагент размешивают с водой до получения нормальной текучести и добавляют в циркулирующий раствор). Изменение параметров достигается очень быстро: в течение одного цикла. Добавление реагента К-4 в малых количествах (менее 1%) без понизителя вязкости резко повышает вязкость при сохранении небольшой величины водоотдачи, что особо важно для борьбы с уходами глинистого раствора. Так, например, на скв. 6 Шор-Су потребовалось 6 т реагента К-4, чтобы повысить вязкость с 30 до 80 с (при уменьшении водоотдачи с 25 до 8 см3) благодаря чему было ликвидировано поглощение промывочной жидкости.

Метас. Во ВНИИБТ получен новый химический реагент, являющийся сополимером метакриловой кислоты и метакриламида. Он выпускается в порошкообразном виде с влажностью 40—65%, а применяется в виде 5—10%-ного водно-щелочного раствора при соотношении метаса и щелочи от 10:3,5 до 10:5. Основной недостаток акрилатов — нестойкость к поливалентным катионам — особенно ярко выражен у метаса. Кроме того, необходимость введения в промывочную жидкость большого количества щелочи вместе с метасом также может оказаться нежелательным, особенно при разбуривании глинистых пород. Вследствие указанных недостатков область применения метаса ограничена.

Гидролизованный полиакриламид. Обычно на буровые поступает негидролизованный полиакриламид (ПАА), имеющий формулу

Перед добавлением в промывочный раствор ПАА необходимо гидролизовать.

По первому способу для гидролиза в глиномешалку загружают 600 кг 8—10%-ного раствора ПАА и 90 кг каустической соды. Доливают глиномешалку водой и при перемешивании добавляют 60 кг кальцинированной соды. Перемешивание продолжают до окончания гидролиза, т. е. до получения однородной текучей массы гидролизованного полиакриламида (ГПАА).

По второму способу (реагент РС-2) гидролиз производят водным раствором щелочи в присутствии полифосфатов. Для этого в глиномешалку объемом 4 м3 загружают 600 кг 8%-ного водного раствора полиакриламида, 60 кг каустической соды и 60 кг триполифосфата натрия Na5P3O10. Остальной объем глиномешалки заполняют водой. Перемешивание осуществляют до получения однородного реагента. Этот процесс может быть ускорен при использовании горячей воды. Готовый реагент имеет концентрацию полиакриламида 1,5—2%.

Реагент РС-2 применяется для снижения водоотдачи пресных и минерализованных глинистых растворов. По данным, он более эффективно снижает водоотдачу, чем крахмальный реагент, гипан, КССБ и КМЦ и способствует повышению устойчивости стенок скважин. На основе РС-2 можно приготовить малоглинистые или безглинистые промывочные жидкости. В некоторых случаях ГПАА комбинируют с КССБ и нефтью при химической обработке минерализованных глинистых растворов, содержащих до 0,1% катионов кальция.

Недостатком РС-2 является высокая вязкость, позволяющая работать только с очень разбавленными растворами реагента (до 1,5—2,0%), и снижение эффективности при увеличении концентрации глины в глинистом растворе.

По данным У.Л. Скальской, оптимальная концентрация высо кодисперсных глин в глинистых растворах, обработанных ГПАА составляет 2—7%, грубодисперсных — 7—10%, аргиллитов — 15— 20% и мела — 40—60%. Реагент РС-2 не может быть использовав для обработки утяжеленных глинистых растворов.

Расход различных реагентов для снижения водоотдачи минерализованных глинистых растворов от 33 до 4 см3, по данным, приведен в табл. 19.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна