Диссертация (Совершенствование технологии промывки скважин путем применения полифункциональных реагентов на основе таллового пека), страница 8

[235, 238] и Телицина А.И. [235, 238] и другие. Однако данныеразработки компонентов и систем буровых растворов не имеют широкогоприменения на данный момент, по причине изменившихся условий бурения ималого распространения данных разработок в промышленности. Наиболее широко39применяемым продуктом является дробленный омыленный талловый пек ипродукт КЛСП, выпускаемый на данный момент. Отдельно стоит отметить, чтопроведением направленного синтеза продуктов на основе пека не уделенодолжного внимания. Использование таллового пека в качестве сырья дляполучения полифункционального компонента буровых растворов на воднойоснове в последние несколько лет становится все более актуальной задачей, попричине того, что другие виды доступных сырьевых отечественных и импортныхкомпонентов становятся значительно дороже таллового пека.Многообразие способов применения таллового пека, в том числе, в качествекомпонента реагентов и буровых растворов неоднократно являлось предметоманалитических обзоров [19, 23, 68, 87, 159, 217, 218, 227].Очевидно, что использование модифицированного таллового пека врецептурах буровых растворов является перспективным направлением егоприменения, поскольку талловый пек обладает рядом преимуществ по сравнению,с продуктами нефтяного происхождения, прежде всего, с экологической иэкономической точек зрения.1.3.3Использованиеталловогопекавбуровыхрастворахнауглеводородной основеНаиболее простые продукты на основе таллового пека [23, 80, 243, 265, 267],представляют собой раствор НТП (50-90 масс.

%) в органическом растворителе(10-50 масс. %): углеводороды, спирты, кетоны, эфиры уксусной кислоты или ихсмеси.Возможно получение твердого продукта с температурой размягчения от 65до 95°С [80, 266]: НТП окисляют кислородом воздуха при температуре до 280°С.При этом уменьшается кислотное число и увеличивается массовая доляокисленных веществ. Что позволяет использовать полученный реагент в составеэмульсий.Известны успешные попытки получения эмульгаторов с использованиемталлового масла [255].

Например, эмульгатор обратных эмульсий Нефтехим-1 (ТУ2415-001-00151816-94)этораствор40%-ый40производныхтехническихполиэтиленполиаминов и кислот таллового масла (более известен как ингибиторсероводородной коррозии), Эмульгатор МР (ТУ 2458-097-17197708-2005)представляет собой углеводородный раствор сложных эфиров жирный кислот итриэтаноламина;По результатам анализа химического состава таллового масла и талловогопека можно сделать заключение о сходном содержании смоляных и жирныхкислот,являющихсяосновнымивеществамисреакционноспособнымифункциональными группами, участвующими при направленной химическоймодификации талловых продуктов. Это обстоятельство, позволяло ожидать, чтосинтез в аналогичных условиях при замене таллового масла на талловый пекприведет к получению готовых продуктов с ожидаемыми технически полезнымисвойствами.Для улучшения физико-химических и технологических свойств, таких кактемпература размягчения, таллового пека предложено модифицировать егопараформальдегидом [80].Дляполучениятермостойкихгидрофобныхэмульсионныхбуровыхрастворов в качестве эмульгаторов предложено использовать химическиобработанный талловый пек.

Так, авторами [23, 72, 244] проведена модификацияНТП путем обработки его известью (5 % от массы таллового пека), а также добавкиацетата кальция. Температура размягчения модифицированного таллового пекапри использовании оксидов Са и Mg увеличена до 40 °С, а в случае добавки ацетатакальция – до 80,5°С, а ввод этих продуктов в эмульсии 2-го рода повышаетэлектростабильность на 10-15 %.Длярегулированиявязкостныххарактеристикбуровыхрастворовпредложено заменить дефицитные жирные карбоновые кислоты на талловыепродукты, в том числе талловый пек, содержащий смоляные и жирные кислоты[43, 118].Запатентован буровой раствор на нефтяной основе с низкой склонностью кгелированию в условиях высоких забойных температур.

Он состоит из нефтяногомасла, незначительного объема воды, мыла магния или кальция жирных и41смоляных кислот, выделенных из таллового пека, незначительного количестваасфальта, гашеной извести, гипса и утяжелителя [261].Проведена активация НТП моногидридом серной кислоты с последующейвыдержкой полученной смеси при температуре от 200 до 220°С в течение 4 ч. Дляулучшениясвойстввкачествегидрофобногоэмульгатора,повышенияструктурной вязкости, температурной устойчивости в неомыленный талловый пекдополнительно введен мелкодисперсный гидролизный лигнин [23].Авторы работы [118, 119] получены смеси из неомыленного таллового пека,битума и модифицированного пека, взятых в соотношении 1:2:1 или 1:1:1.Модифицирование пека в этом случае приводится октофором до температурыразмягчения 93°С.

Данная смесь предложена к использованию в эмульсии.Предложено также использовать продукты взаимодействия НТП снеорганическими полимерами (силикат натрия, алюминат натрия и др.). Такиеэмульгаторы обладают высоким эмульгирующим эффектом, их использованиепозволяет повысить термостойкость, устойчивость и стабильность буровыхэмульсий 1-го рода [227, 236, 238].Предложены продукты реакции НТП с ангидридом малеиновой илифталевой кислот (добавка от 4 до 15 %), которые затем омыляются полностью иличастично гидроксидом кальция. Реакция НТП с ангидридом проводится притемпературе от 120 до 200°С в течение 1-8 ч.

Полученный аддукт обрабатываетсяв течение 6-15 ч гидроксидом кальция при температуре 200°С. После охлажденияполучается твердый продукт с блестящей поверхностью [22, 23, 257]. Предложенатак же реакция неполного омыления аддукта гидроксидом кальция, в количествеот 1 до 5 %, в течение 10-20 мин при температуре 200°С. Для отверждения илизагущения НТП в него или его смеси с термопластичными полимерами добавляюталкоксиды С1-5 двух четырехвалентных металлов (Mg, Са, Ва, Al, Fe, Cr, Ti идругие) [23, 245, 259, 264]. Продукты, полученные по данному методу, предложеноиспользовать в качестве эмульгаторов эмульсии 2-го рода.Авторами работы [250, 261] для эмульсий 2-го рода предложенаэмульгирующая и противокоррозионная композиция, включающая основу – НТП42(5-65 масс. %), органическую добавку (0,1-0,3 масс.

%) и растворитель (остальное).НТП, входящий в состав композиции, характеризуется кислотном числом от 36 до45 мг КОН/г и температурой размягчения от 25 до 43°С. В качестве органическойдобавкииспользованбензиламид-2-бензиламино-4-оксо-4-фенилбутеновойкислоты, а в качестве растворителя – толуол.Увеличение вяжущих свойств, при использовании в составах эмульсий, иповышениятемпературыиспользования,можногексаметилентетраминомразмягченияНТП,достичьтакже(ГМТА)[261].дляудобствапутемВкачествехраненияегоиобработкидополнительныхмодификаторов и катализаторов процесса использовались сиккативы: оксид цинка,таллатсвинцаилимарганца.Процессосуществленвследующейпоследовательности. В навеску таллового пека, расплавленного в реакторе инагретого до температуры 200-220°С, при постоянном перемешивании, в течение30-40 мин, равномерно загружен ГМТА с катализатором.

После загрузкикомпонентов температура массы повышена до 280°С и поддержана на этом уровнедо конца реакции, который определяется по температуре размягчения продукта.Оптимальная продолжительность процесса при использовании оксида цинка – 6 ч,смешанного катализатора – 5-6 ч и оксида кальция – 2.5-3 ч.Цельювсехвысокоэффективноговышеприведенныхэмульгаторасработвысокойявляласьстепеньюразработкатемпературнойустойчивости и устойчивости к воздействию агрессивных сред. В всехвышеперечисленных работах не достигнут желаемый результат, посколькурабочая концентрация разработанных продуктов в эмульсиях (1-го и 2-го рода)значительно выше применяемых на данный момент эмульгаторов на основесинтетических кислот.

При этом процессы получения, предложенные авторами,являются достаточно сложными, энерго- и ресурсозатратными.Расширение сферыпримененияталловогопека, которыйявляетсядоступным и относительно дешевым возобновляемым сырьем растительногопроисхождения и обладает ценными свойствами, позволит получить значительныйэффект, выражаемый как экономическими показателями, так и оздоровлением43окружающей среды в результате прекращения захоронения и сжигания пека какнеиспользуемого отхода лесохимической отрасли.Исходя из приведенных данных поиск перспективных направленийиспользования таллового пека, разработка и внедрение в производство технологийегопереработки,отвечающихсовременнымтехнико-экономическимиэкологическим требованиям, является актуальным.

Дополнительно необходимоотметить, что:– динамика накопления таллового пека опережает его потребление, котороене имеет стабильных направлений его утилизации и переработки в достаточномобъеме в готовые продукты, путем химической модификации;– талловый пек проявляет повышенную чувствительность к повышениютемпературы, что приводит к образованию токсичных соединений, а егозахоронение требует соблюдения определенных условий по обеспечениюотсутствия контактов с влагой (загрязнение грунтовых вод) и связано сповышенными экологическими издержками предприятия;– сжигание таллового пека приводит к выбросу токсичного моноксидауглерода;– во многих случаях предлагаемые варианты переработки таллового пека недоведены до готовой технологии, что не позволяет крупнотоннажно выпускатьпродукты.1.4. Обоснование цели и задач исследованияИзложенный выше анализ опыта применения буровых растворов показал,что в северных регионах России востребованы высокотехнологичные буровыерастворы на основе полифункциональных реагентов.