Особенности применения наполнителей растительного происхождения к пенным полимерным растворам

Препринт статьи



В статье рассматриваются особенности применения наполнителей растительного происхождения к пенным полимерным растворам. Описаны методы модификации полимерных композиций с использованием экологически чистых добавок. Проведен анализ их влияния на механические, теплоизоляционные и экологические свойства материалов, а также перспективы применения в строительной и других отраслях. Представлены экспериментальные данные, подтверждающие эффективность растительных наполнителей в улучшении характеристик пенополимеров.

Ключевые слова: наполнители растительного происхождения, полимерные растворы, пенные материалы, экологичность, теплоизоляционные свойства, механические свойства.

В настоящее время большинство введенных в эксплуатацию газовых и газоконденсатных скважин в восточной части Туркменистана находятся и разрабатываются на завершающей стадии эксплуатации. По поздней стадии эксплуатации возникают такие явления, как образование солевых отложений в трубах и их коррозия, подъем пластовых вод, поломка нижних частей насосно-компрессорных труб и т. д. Для устранения этих осложнений в скважинах проводятся капитальные ремонтные работы. Чтобы приток газа поступал из продуктивного пласта во время проведения ремонтных работ, продуктивный пласт временно блокируется растворами, а после завершения ремонтных работ скважина заново осваивается.

Одним из основных требований к ремонтным работам, проводимым в скважинах, является поддержание фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта на прежнем уровне в зависимости от свойств используемых растворов [1–3]. Как видно по результатам полевых работ, при выборе блокирующих составов для глушения скважин учитываются определенные геологические условия каждой скважины.

В целях подбора растворов для временной блокировки продуктивного пласта были проведены анализы отечественных и зарубежных научных источников. На основе проведенных исследований был сделан вывод о том, что при капитальном ремонте скважин в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД) наилучшие результаты можно получить при использовании пенных растворов. Для этого используют двухфазные и трехфазные пенные растворы с добавлением поверхностно активных веществ (ПАВ). Двухфазные и трехфазные пенные растворы применяются для бурения, глушения и разработки скважин в условиях АНПД. Двухфазные растворы содержат пенообразователи и стабилизаторы. В качестве стабилизаторов обычно используют карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) или полиакриламид (ПАА). Трехфазный раствор готовят путем добавления дополнительной твердой фазы (глины, гипса, графита, полиэтилена). Анализ состава пенных растворов для глушения скважин в условиях АНПД показал, что при выборе соответствующего количества реагентов можно получить растворы с низкой плотностью, высокой вязкостью, стабильным составом и термостойкостью [4–6].

В лабораторных условиях был приготовлен трехфазный пенный полимерный раствор (ППР) для глушения скважин, содержащий в составе небольшое количество глины, КМЦ и ПАВ. Испытания показали, что этот раствор имел молочно-серый цвет (рис.1), низкую плотность (0,54 г/см3), высокую вязкость (слабо текучий) и высокую термостойкость (130⁰C).

Также он отличался сильным поверхностно-активным свойством, растворимостью, агрегативной и седиментационной стабильностью. Это было доказано тем что, после 25 дней в состоянии покоя объем ППР почти не изменился.

Рис. 1. Трехфазный пенный полимерный раствор

Термостойкость пенного раствора проверяли путем нагрева его при различных температурах (50, 90, 130⁰С) в течение 6 часов. Таким образом, как показано в таблице 1, даже после нагревания при высоких температурах основные параметры пенного раствора изменяются незначительно.

Таблица 1

Параметры пенного полимерного раствора

T⁰	Начальный объем раствора, см 3	Пенообразу-ющая способность, см 3	Кратность	Плотность, г/см 3	Условная вязкость, с	Водо-отдача, см 3 /30мин	pH
20	100	380	3,80	0,54	Не текучий	0	10
50	100	380	3,75	0,54	Слабо текучий	0	10
90	100	370	3,70	0,55	Слабо текучий	0	10
130	100	350	3,50	0,56	Слабо текучий	0	9

С целью глушения скважин и более прочного блокирования призабойной зоны продуктивного пласта были проведены исследования ППР с добавлением в его состав кольматантов. В качестве реагентов-наполни¬телей были использованы кольматанты растительного происхождения на основе сырья сельскохозяйственного производства, а именно: измельченная солома, ореховая скорлупа и хлопковая шелуха. Для приготовления ППР с наполнителями, предназначенных для временной блокировки продуктивных пластов, в ходе экспериментов измеряли стабильность и кратность пены с добавками вышеуказанных кольматантов (табл. 2).

В лабораторных условиях был приготовлен ППР, затем в него добавили 1 % следующих кольматантов: хлопковая шелуха, измельченная солома, хлопковая шелуха. Как показано на рисунках 2 (а) и (б), пенообразование и диспергируемость ППР смешанного со ореховой скорлупой и измельченной соломой, сохранялись в течение семи (7) дней в состоянии покоя, и их кратность существенно не уменьшилась (табл. 2). Таким образом, было установлено, что ореховая скорлупа и измельченная солома могут быть использованы в качестве наполнителей в пенных полимерных растворах.

Рис. 2. Пенный полимерный раствор с наполнителями: скорлупа грецкого ореха (a), измельченная солома (б) и хлопковая шелуха (в)

Как видно из рисунка 2 (в), после 24 часов в состоянии покоя дисперсное содержание ППР с хлопковой шелухой нарушилось. То есть, большая часть хлопковых волокон осела на дно стакана, а другая часть поднялась наверх. Также, нарушилась стабильность раствора и снизилась его растворимость (табл. 2). Таким образом, был сделан вывод о том, что хлопковую шелуху не рекомендуется использовать в качестве наполнителя в ППР. Это можно объяснить тем, что хлопковые волокна впитывают жидкость из ППР.

Таблица 2

Устойчивость и кратность пенного полимерного раствора с наполнителями

п/п	ППР с наполнителем	Начальный объем ППР, мл	Устойчивость, сутки	Кратность
1	ППР + 1 % ореховая скорлупа	200	7	1,99
2	ППР + 1 % измельченная солома	300	7	2,98
3	ППР + 1 % хлопковая шелуха	150	1	1,13

Результаты проведенных лабораторных испытаний показали, что устойчивость ППР с добавлением измельченной соломы и ореховой скорлупы отличаются от устойчивости ППР с добавлением хлопковой шелухи. Наиболее высокие показатели пенообразования и стабильности пены были достигнуты у ППР с добавлением ореховой скорлупы и измельченной соломы. Это объясняется тем, что ореховая скорлупа и измельченная солома содержат меньше набухающей в жидкости клетчатки по сравнению с хлопковой шелухой. Следует также отметить, что степень измельчения (фракционный состав) кольматантов также влияет на стабильность и блокирующую способность ППР. Эффективнее будет использования разных наполнителей малого и большого размера.

Полученные результаты

При ремонте скважин растворы для глушения скважин должны соответствовать определенным требованиям, чтобы не допустить ухудшения газопроницаемых свойств продуктивного пласта. То есть, они должны обеспечивать достаточную плотность для создания необходимого давления на забое скважины; должны иметь структурно-механическую свойства, временно блокирующие продуктивный пласт при ремонтных работах и ​​предотвращающие загрязнение продуктивного пласта, а также при разработке скважины поток газа должен легко выноситься из пласта. Был разработан легкий высоковязкий пенный полимерный раствор для глушения скважин при проведении ремонтных работ в условиях АНПД. Лабораторные испытания показали, что разработанный ППР имеет молочно-серый цвет, низкую плотность (0,54 г/см3), высокую вязкость и высокую термостойкость (130⁰С). Исследования проводились путем добавления в ППР для временной блокировки продуктивного пласта наполнителей растительного происхождения (измельченная солома, ореховая скорлупа, хлопковая шелуха). В результате проведенных лабораторных испытаний было установлено, что целесообразно использование измельченной соломы и ореховой скорлупы в качестве кольматантов для ППР. Также исследования показали, что хлопковую шелуху не следует использовать в качестве наполнителя в растворе ППР.

Литература:

1. Амиян В. А., Васильева Н. П. Вскрытие и освоение нефтегазовых пластов. — М.: Недра,1972. — 65 с.

2. Амиян В. А., Амиян А. В., Казакевич Л. В. и др. Применение пенных систем в нефтегазодобыче. /Учебное пособие для средних профессионально-технических училищ. — М.: Недра,1987, — 229 с.

3. Басарыгин Ю. М., Будников В. Ф., Булатов А. И. и др. Технические основы освоения и глушения нефтяных и газовых скважин. /Учебник для вузов. — М.: ООО „Недра-Бизнесцентр“, 2001. — 543 с.

4. Гасумов Р. А. Об эффективности применения наполнителей растительного происхождения к технологическим жидкостям/ Р. А. Гасумов, Э. Р. Гасумов // Естественные и технические науки. 2016. № 6 (96) С — 48–59 с.

5. Игнатенко Ю. К. Пенообразование в водах различных генетических типов с помощью поверхностно-активных веществ. /Геология, разведка и разработка газовых и газоконденсатных месторождений Северного Кавказа. — М.: ВНИИЭГазпром, 1977. — 233 с.

6. Патент RU № 2474602, С09К 8/20. Легкий ингибирующий буровой раствор для вскрытия пластов в условиях низких пластовых давлений.