Диссертация (1172970), страница 11
Текст из файла (страница 11)
%ОТПФХЛСПАЦ-НталькФизические и физикомеханическиесвойства165201051552020516020101014540105130402010135352551354515525520101516515101036525101652555Примечания1 Однородный порошок, легко растворимый2 Однородный порошок, растворимый, но присутствуют не растворившиеся вкрапления3 Порошок неоднородной структуры, присутствуют укрупненные частицы, плохорастворимый1234567891011Диапазон содержания талька определен для составов 1, 3, 8, 10.
Содержаниеталька должно быть не менее 5 масс. %, т.к. ниже этой величины, полученныйпродукт является неоднородным (присутствуют укрупненные структуры) ичастично растворим в воде. При содержании талька более 10 масс. % реагентрастворим в воде частично.В таблице 3.3 приведены сравнительные данные о влиянии реагента сразличными количественными соотношениями компонентов на технологическиесвойства глинистой суспензии.57Таблица 3.3 – Влияние реагента Смолополимер на технологические свойства глинистой суспензии№составаПлотность,г/см3Условнаявязкость,сПоказательфильтрации,см3Толщинакорки,рНммСНС, дПаДинамическаяфильтрация на «OFITEHPHT 170-50»1 мин10 минпри 90°Спри 180°СОтносительныйкоэффициенттрения58отс.1,032215,019,0577242711,0011,05214,519,8345919230,5921,04234,0110,2486016170,6131,04234,519,9486020230,6341,03205,019,3485923310,6151,03267,028,6486431400,8261,01285,5210,6506522250,7171,04154,528,8547018200,6791,05335,029,5536924360,60111,03196,527,9131928350,57В составах 2, 5, 8, 9 определен диапазон компонентного содержанияферрохромлигносульфоната.
Оптимальным является содержание от 20,0 до 40,0масс. %. При меньшем содержании данного компонента в составе реагентапроисходитслабоеснижениепоказателяфильтрациииотносительногокоэффициента трения при одновременном увеличении вязкостных характеристик.Увеличение содержания данного компонента в составе реагента ухудшаетсмазочные свойства, увеличивает кислотность и значительно разжижает буровойраствор.В составах 2, 3, 7, 10 установлен диапазон содержания ПАЦ-Н. Нижнийпредел составляет 10,0 % масс. При меньшем содержании наблюдаетсянезначительное снижение показателя фильтрации, увеличение толщины глинистойкорки и возрастание кислотности.
Верхний предел содержания составляет 20,0масс. %. Увеличение содержания ПАЦ-Н в составе реагента ухудшает смазочныесвойства и повышает реологические характеристики.Видно (Таблица 3.3), что разработанный полифункциональный реагент (вчастности, составы 1, 2, 3, 4) обладает высокими смазочными свойствами,оказывает минимальное воздействие на реологические параметры и эффективноснижает фильтрацию.Предлагаемые рецептура и метод изготовления полифункциональногореагента бурового раствора позволяют:– применять добавку в удобной форме для транспортировки в виде порошка,что исключает перевозку балластной воды или разогревание смолоподобныхвеществ;– улучшить смазочные свойства и уменьшить опасность прихвата буровогоинструмента и его износ;– снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций при разбуриваниипластов и пропластков, представленных неустойчивыми пластичными глинами;– понизить показатель фильтрации и предотвратить загрязнение фильтратомбурового раствора продуктивных пластов.59– уменьшить расход реагентов на обработку буровых растворов на воднойоснове и их ассортимент за счет полифункциональности реагента.3.2 Реагенты на основе неомыленного таллового пека3.2.1 Обоснование выбора условий синтеза реагентовДля придания НТП технически полезных свойств, а также перевода его вводорастворимую форму, разработан способ модификации, состоящий изследующих стадий:а) сульфирование соединений НТП серной кислотой (смоляные и жирныекислоты, углеводороды – по двойной связи и спирты – по гидроксильной группе) собразованием моносульфатов;б) нейтрализация полученной сульфомассы соединениями, содержащихаминогруппу (этаноламины и полиэтиленполиамин) с образованием солейчетверичного аммония, что можно представить упрощенными схемами:R1СН=СНR2 +H2SO4 = R1СН (OSO3H )CH2R2R1СН (OSO3H )CH2R2 + R3NH2 = R1СН (OSO3-NR3H3+ )CH2R2R4OH + H2SO4 = R4OSO3H + H2OR4OSO3H + R3NH2 = R4OSO3 -N R3H3+В качестве побочных протекают реакции– образования сульфамидов (под влиянием повышенной температуры)R1СН (OSO3-NR3H3+)CH2R2 → R1СН (OSO2NR3H)CH2R2 + H2O;– сульфатов с участием сульфокислот кислого гудрона:R1СН=СНR2 + ArSO3 H → R1СН (OSO2 )CH2R2.При постоянной отгонке воды и температуре реакции не ниже 160°С реакциювступает до 97 % серной кислоты.Для смоляных кислот схема происходящих реакций приведена на Рисунке 3.1на примере абиетиновой кислоты (типичный представитель смоляных кислот).60OSO3HOSO3H- +OSO3NH3CH2CH2OH- +OSO3NH3CH2CH2OHРисунок 3.1 – Схема превращений абиетиновой кислоты при сульфировании ипоследующей нейтрализации моноэтаноламиномПолучение потенциального полифункционального компонента буровогораствора, совмещающего в себе свойства ингибитора набухания глинистых породпри использовании буровых растворов на водной основе, эмульгатора ибактерицида, осуществляли направленным синтезом, т.е.
построением сложноймолекулы, содержащей в своей структуре химические функции, ответственные зауказанные свойства. Предполагалось, что такая структура будет водорастворима, адобавки в буровой раствор не поменяют его агрегатного состояния (Рисунок 3.1).+Структурные группы обращенные в водную фазу [−OSO−3 N H3 CH2 CH2 OH],− ++[−OSO−3 N H2 (CH2 CH2 OH)2 ], [−OSO3 N H (CH2 CH2 OH)3 ], закроются, как зонтом,объемным экраном, составленным из трех циклогексановых колец, что ослабитпроцесс набухания глин гидратацией.
Для того, чтобы быть носителем свойствэмульгатора, соединение должно обладать не только определенной геометрическойформой, но и уравновешенным балансом между гидрофильной и гидрофобной еечастями. Известно, например, применение в производстве синтетического каучукаканифолевых мыл с натриевыми солями жирных кислот, применение которых61объясняется тем, что индивидуально соли смоляных кислот плохо растворимы вводе. Видно, что молекула абиетиновой кислоты (наиболее характерныйпредставительсмоляныхкислот)содержитобъемнуюгидрофобнуюуглеводородную составляющую и только одну небольшую карбоксильную,частично экранированную с учетом того, что циклогексановое кольцо не являетсяплоским. В этой связи, использование таллового пека для получения поверхностноактивного вещества, в его состав были введены сульфогруппы для повышениягидрофильности, с последующей их нейтрализацией.
В качестве агентанейтрализации были использованы этаноламины и полиэтиленполиамин, с цельюполучить соединения с четвертичным атомом азота, известным носителембактерицидных свойств. Таким образом, реализацией направленного синтеза,предполагалось получение соединения, обладающего свойствами ингибиторапроцесса набухания глин и биоцида, что подтвердилось экспериментально.Повышенная температура способствует снижению вязкости реакционноймассы, повышению скорости реакции, увеличению степени превращения сернойкислоты, однако увеличивает выход продуктов побочной реакции образованиясульфамидов и разбавляет кислоту выделяющейся водой, т.е.
повышениетемпературы будет снижать эмульгирующую способность образца, т.к. снижаетсяконцентрация аммонийной соли, но усиливать его биоцидность (сульфамиды –известные антибактериальные препараты).Исходный талловый пек подвергался анализу. Определялся следующийпараметр, влияющий на условия синтеза и компонентный состав:Кислотное число (метод определения по ГОСТ 17823.1, позволяет оценитьколичество свободных кислот);Числоомыления(методопределенияпоТУ13-0281078-119-89,определяющий необходимое количество миллиграммов гидроксида калия дляомыления связанных и свободных кислот, содержащихся в 1 грамме пека).Определив число омыления, для сульфирования использовался двукратныйизбыток сульфирующего агента. Контроль степени сульфирования технологическине проводился и осуществлялся по заранее заданным параметрам (времени и62температуре реакции).
По завершении стадии сульфирования, отбиралась проба иопределялосьсодержаниеизбыточнойсернойкислотыидальнейшаянейтрализация продуктов сульфирования до показателя рН в диапазоне от 9 до 10.3.2.2 Оценка физико-химических свойств разработанных реагентовБыли синтезированы водорастворимые реагенты на основе моноэтаноламина(ПСМ), диэтаноламина (ПСД) и триэтаноламина (ПСТ), не уступающие потехнологическим параметрам импортным аналогам, но более дешевые, чторасширяет возможности импортозамещения в технологии буровых растворов.Проведены исследования влияния полученных продуктов на свойствабазового раствора на водной основе. Для этого проверена растворимость продуктовв дистиллированной воде, керосине, этиловом спирте. Данные о растворимостиприведены в таблице 3.4.Таблица 3.4 – Свойства синтезированных продуктоврастворимость, масс. %образецПСМПСДПСТПСПвода20°С80 °С20 °С80 °С20 °С80 °С20 °Скеросин100100100100100100-н/рн/рн/рн/рн/рн/р-Температуракаплепадения,С2Н5ОН°С5,89,14,56,23,04,4-АммонийныесолиПАВ,масс.
сульфированного%пекамасс. %50,042,69,931,539,016,124,034,719,053,529,910,7Для дальнейшего исследования выбраны продукты, растворимые вдистиллированной воде. Для оценки их влияния на технологические свойстваиспользована глинистая суспензия.Результаты исследования влияния ПСМ, ПСД, ПСТ, полученных на основеНТП на технологические свойства раствора на водной основе представлены втаблице 3.5.63Таблица 3.5 – Влияние добавок на основе НТП на технологические свойства базового раствора на водной основе641.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
