Д.х.н., профессор Надиров К.С., д.т.н., профессор Голубев
В.Г., к.т.н.,
доцент Бондаренко В.П., к.т.н., доцент Жантасов М.К.,
к.т.н., доцент Бимбетова Г.Ж., Джусенов А.У.
Южно-Казахстанский
государственный университет им.М.Ауэзова, Республика Казахстан
Зависимость концентрации поверхностно-активных веществ на
фильтроотдачу гидрофобно-эмульсионных растворов
Высокая минерализация жидкой фазы буровых растворов – одна
из основных причин потери ими коллоидной устойчивости и стабильности, что
приводит к осложнениям и нежелательным последствиям. Обеспечить необходимое
качество бурения и вскрытия способны гидрофобно-эмульсионные растворы (ГЭР),
которые позволяют практически полностью сохранить проницаемость призабойной
зоны пласта (ПЗП), исключить затяжки и прихваты колонн, обеспечить устойчивость
стенок скважины и вынос шлама. Однако, применение ГЭР сопряжено с
необходимостью решения специфических проблем этого типа дисперсных систем, а
именно, обеспечения стабильности их свойств во времени и при воздействии
агрессивных факторов в скважине.
На
технологические свойства ГЭР влияют все компоненты межмолекулярных
взаимодействий по причине существования взаимосвязей между ними. Можно выделить
следующие элементы этих взаимосвязей: а) химический состав и полярность среды
определяют растворимость поверхностно-активных
веществ (ПАВ) в данной среде, которая для малополярных
растворителей более всего зависит от ван-дер-ваальсовской составляющей, то
есть, чем выше энергия связи, тем лучше растворимость ПАВ и меньше его
агрегирование (выше критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) и ниже
критическая температура мицеллообразования (КТМ) и число агрегации); б) среда
или отдельные ее компоненты, вступая в межмолекулярные взаимодейтсвия с ПАВ и
образуя с ними Н комплексы, π – комплексы, КПЗ, поляризуют ПАВ,
увеличивают его диполный момент и относительную степень ионности, что приводит
к образованию активированных молекулярных комплексов и увеличению общей суммы
энергетических взаимодействий. При этом образование активированных комплексов в
системе ПАВ-среда и ПАВ-ПАВ в значительной мере определяется их существованием
между молекулами среды. Эти две составляющие выделены с целью показать
невозможность безотносительного молекулярного конструирования ПАВ, так как
конечные результаты зависят от влияния (молекулярных взаимодействий) всех
составляющих системы ГЭР
[1-5]. Известно, что количество и виды межмолекулярных
взаимодействий, определяющих все свойства ГЭР, зависят от температуры [6-11]. Критические
концентации ПАВ также смещаются под воздействием температуры, причем для разных
ПАВ это смещение различно. Поэтому сравнение потенциальных возможностей ПАВ при
различных температурах необходимо проводить для их оптимальных концентраций,
обеспечивающих наилучшие возможные параметры ГЭР, и определяемых отдельно для
каждого реагента. Однако, первоначальное сопоставление выполним, пренебрегая
изменением критических концентраций, принимая одинаковую для всех реагентов
концентрацию 6%, выбранную
исходя из создания избытка ПАВ для компенсации увеличения его растворимости. Представим сравнительный анализ
критериев качества гидрофобно-эмульсионных растворов (см. табл.1). В таблице 1
сведены такие критерии качества гидрофобно-эмульсионных растворов, включающие
такие параметры как: эффективная вязкостьhэф(3); показатель фильтрации ПФ; термостойкость (Тпред); коэффициент температурного разжижения (kp); градиент температурного изменения фильтратоотдачи (∆Фt); относительная глиноемкость (ГТ(15)) ГЭР.
Таблица 1 - Показатели качества ГЭР на основе ДТ и водного раствора CaCl2 (ρ=1,2г/см3),
взятых в объемном соотношении 1:1, стабилизированных 6% различных ПАВ
|
ПАВ |
Темпе-ратура, 0С |
hэф(3), сПа*С |
ПФ, см3/30 мин |
Тпред. 0С |
Т(15)пред 0С |
kр |
∆Фt, см3/100С |
ГТ(15) |
|
ГС ДАА |
20 |
- |
9,0 |
96 |
86 |
0,22 |
2,26 |
0,93 |
|
30 |
11,87 |
7,8 |
||||||
|
90 |
2,74 |
24,9 |
||||||
|
Эмультал |
20 |
- |
14,9 |
91 |
73 |
0,43 |
1,12 |
0,83 |
|
30 |
7,24 |
16,3 |
||||||
|
90 |
3,34 |
22,7 |
||||||
|
Са-мыло КСЖК |
20 |
- |
7,1 |
106 |
76 |
0,12 |
2,84 |
0,74 |
|
30 |
10,36 |
9,5 |
||||||
|
90 |
1,56 |
27,2 |
||||||
|
КСЖК |
20 |
- |
14,1 |
81 |
49 |
0,02 |
5,11 |
0,64 |
|
30 |
8,60 |
14,6 |
||||||
|
90 |
0,15 |
49,7 |
Сопоставляемые
концентрационные зависимости должны быть получены при одинаковых содержаниях
воды и температуре, так как эти два фактора знаково влияют на оптимальное
содержание ПАВ. Поэтому сопоставление проведем по зависимостям показателя
фильтрации (рисунок 1) ГЭР от концентрации реагентов.
Рисунок 1 - Зависимость
показателя фильтрации ГЭР на основе различных ПАВ от их концентрации
Литература
1. Цундель Г. Гидратация и
межмолекулярное взаимодействие. Пер. с англ. Под ред. Б.Н. Чиградзе. – М.:Мир,
1972.-404 с.
2. Белоусов В.П., Попов М.Ю.
Термодинамика водных растворов неэлектролитов. – Л.:Химия, 1983.
3. Булатов А.И., Габузов Г.Г.
Гидромеханика углубления и цементирования скважин. – М.:,1992. – 368 с.
4. Кистер Э.Г. Химическая обработка
буровых растворов. – М.: Недра, 1972. – 392 с.
5. Краснов К.С. Молекулы и
химическая связь. – М.: Высшая шк., 1984. – 295 с.
6. Надиров К.С., Бимбетова Г.Ж., Сакибаева С.А. Исследование влияния
госсиполовой смолы на свойства эластомерной композиции. // Проблемы химической
технологии неорганических, органических, силикатных и строительных материалов и
подготовки инженерных кадров: Труды международной научно-практической
конференции, Шымкент, 2002, Т.3, - С. 76-80.
7.Бекжанова К., Бишимбаев В., Сатаев
К. Разработка технологии получения порошкообразных водорастворимых полимеров
серии ГСФСП на основе отходов госсиполовой смолы и ортоаминофенола. // Поиск.
Серия естественные и технические науки. -2004, №3, - С. 5-7
8. Концепция экологической
безопасности Республики Казахстан на 2004-2015 годы. // Республиканский
научно-методический журнал «Экологическое образование в Казахстане» Официальные
документы. -2005, №3(3), - С. 2-7
9.Е.А.Руш. Экологические технологии: методы совершенствования технологий
сорбционной очистки промышленных сточных вод. //Инженерная экология. -2005, №4.
- С. 11-29.
10.В.Ю.Грязев, Л.Ф. Комарова. Экологические технологии: методы
оптимизации очистки сточной воды от биогенных элементов на канализационных
очистных сооружениях. // Инженерная экология. -2004, №1. - С. 37-41.
11. И.Г.Дик, В.Л. Чиу. О выработке
стратегии очистки почв от загрязняющих веществ на основе кривых покомпонентного
распределения контаминантов. // Инженерная экология. -2004, №3. - С. 31-41.