ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Состав на основе бентонита и многоатомных алифатических спиртов из "Проблемы извлечения остаточной нефти физико-химическими методами" Вследствие выраженной склонности бентонитовой глины к структурообразованию ее суспензии обладают высокой вязкостью и неньютоновскими свойствами - пластичностью, тиксотропно-стью. Бентониту, как и другим минералам группы монтмориллонита, свойственно глубокое несовершенство кристаллической структуры. Это приводит к неравномерному распределению заряда по поверхности частиц и обусловливает склонность бентонита к образованию коагуляционных контактов и структурообразованию, высокую сорбционную активность. Благодаря этим свойствам суспензии бентонита широко используют в нефтяной промышленности, например, в качестве буровых жидкостей. [c.61] Хорошо известна в нефтяной промышленности система на основе бентонитовой глины и полиакриламида - ПДС, полимер-дисперсный состав [9]. Данная система прошла всесторонние лабораторные и промысловые испытания и в настоящий момент известны ее достоинства и недостатки. К достоинствам этой системы относятся высокие реологические характеристики (вязкоупругость) и, соответственно, высокая изолирующая способность. К недостаткам можно отнести высокую цену полиакриламида, а также грубую дисперсность, снижающую проникающую способность. Последнее обстоятельство может привести к малому охвату пласта по площади, если данная система будет задерживаться в зонах, прилегающих к нагнетательным скважинам, и не оказывать воздействия на удаленные зоны пласта. Причиной недостаточной дисперсности бентонита являются флокулирующие свойства полиакриламида, способствующие образованию крупных агрегатов по мостиковому механизму - за счет связывания частиц глины адсорбированными молекулами полимера. [c.61] Нами была предпринята попытка создания состава, обладающего более высокой дисперсностью, чем ПДС, на основе низкомолекулярных добавок. При этом система должна сохранять неньютоновские свойства и высокую седиментационную устойчивость. [c.61] Условием наличия неньютоновских свойств является структурообразование, а суспензии бентонита способны образовывать коагуляционную структуру только при сравнительно высоких концентрациях твердой фазы - 2 % и более [58], когда частицы сближены для контакта. Исходя из этого, выбранная концентрация бентонита составила 3 %. [c.62] Поверхность бентонита преимущественно гидрофильна (отно-щение теплоты смачивания водой к теплоте смачивания бензолом составляет 2...4), поэтому использование дифильных ПАВ может привести к нарушению термодинамической стабильности суспензий вследствие лиофобизации поверхности частиц. В связи с термодинамической устойчивостью бентонитовых суспензий на первый план выходят вопросы седиментационной и агрегативной устойчивости. [c.62] На первом этапе было качественно определено, какое воздействие оказывают реагенты разной природы (ПАВ, водорастворимые полимеры и т.д.), способствуя образованию устойчивых суспензий. Были проведены простые предварительные опыты - в мерный цилиндр помещались 3 % суспензии бентонита в 0,5%-х растворах различных реагентов, суспензии перемешивались на лопастной мешалке в течение 1 ч, после чего наблюдалось изменение систем в течение нескольких суток. Концентрация добавок в 0,5 % выше обычных ККМ для ПАВ и была выбрана с таким расчетом, чтобы обеспечить запас прочности системы при некотором разбавлении, неизбежно происходящем в пласте. Всего было испытано около 30 реагентов - соли, основания, органические кислоты, водорастворимые амины и их гидрохлориды, водорастворимые полимеры, многоатомные спирты, четвертичные аммонийные основания. [c.62] Оказалось, что часть реагентов способствует коагуляции частиц глины, и через некоторое время частицы практически полностью оседают, а над осадком остается прозрачный раствор другая часть реагентов, напротив, стабилизирует суспензию - со временем оседают только крупные частицы, а над осадком остается суспензия, не разрушающаяся в течение продолжительного времени. Поскольку седиментационная устойчивость напрямую зависит от размеров частиц, можно предположить, что разные вещества по-разному влияют на дисперсность частиц бентонита. [c.62] Проведенные исследования процесса седиментации суспензий бентонита позволяют установить, как влияют добавки ПАВ на дисперсность частиц. Интегральные и дифференциальные кривые распределения частиц по размерам показаны на рис. 3.1-3.6. Процентное содержание частиц разного диаметра и скорости их осаждения приведены в табл. 3.1. [c.63] Дифференцированием интегральных седиментационных кривых можно установить фракционный состав системы (табл. 3.1) и определить средний размер частиц, соответствующий положению максимума на дифференциальных кривых. [c.66] Для суспензии в дистиллированной воде (см. рис.3.1) при отсутствии ПАВ и электролитов распределение частиц по размерам весьма размыто, что соответствует исходной полидисперсной системе. Отсутствие электролитов, способных вызывать коагуляцию, приводит к дезагрегированию частиц исходного сухого порошка, и большая часть частиц (43 %) имеет размеры менее I мкм. В пластовой воде с минерализацией порядка 50 мг/л ионная сила очень высока, что приводит к коагуляции частиц. При этом, естественно, происходит увеличение среднего радиуса частиц, составившего в пластовой воде около 8 мкм. Следует отметить, что в пластовой воде присутствует довольно много частиц диаметром более 100 мкм (8 %), что объясняется затрудненным разрушением агрегатов, имеющихся в исходном порошке, при наличии больших количеств электролита. [c.66] Согласно литературным данным, КаОН является хорошим пептизатором глинистых суспензий. В 0,5%-м растворе щелочи находится 90 % частиц диаметром менее I мкм и 75 % - менее 0,1 мкм (см. табл. 3.1, рис.3.4). При испытании ЛПЭ-11, и особенно полиглицерина (ПГ), обладающих малой поверхностной активностью вследствие отсутствия многоатомных алифатических радикалов, также удалось заметить эффект диспергирования бентонита (см. табл.3.1, рис. 3.5) даже у растворов в пластовой воде. В растворе ЛПЭ-11 содержится 65 % частиц диаметром менее 2 мкм и 11% - менее 1 мкм, в растворе ПГ - 78 и 75 % соответственно. [c.69] Влияние температуры на кинетику седиментации показано на рис.3.5-3.6. Очевидно, что при увеличении температуры интенсифицируется броуновское движение частиц глины, что способствует более равномерному распределению их в объеме, и, как следствие, стабилизации дисперсии. Отсюда следует, что полученные системы можно применять для обработки высокотемпературных пластов, поскольку стабильность суспензий увеличивается. [c.69] Как было отмечено ранее, для диспергирования бентонита как лиофобной коллоидной системы предпочтительно ислользование слабых ПАВ. Полиглицерин по своей поверхностной активности можно отнести к классу слабых ПАВ из-за отсутствия ярко выраженной дифильной природы, что выражается в сравнительно малом (около 2 раз) снижении межфазного натяжения на границе керосин - водный раствор ПГ (рис. 3.7). [c.69] Результаты расчетов реологических параметров, а также эмпирической ошибки и значения критерия Вапника приведены в табл. [c.70] При малой концентрации твердой фазы, когда структурообразование весьма затруднено, лишь в нескольких случаях удалось получить 5-образные кривые зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига, типичные для структурированных систем. Однако благодаря применению метода минимизации структурного риска показано, что системы, подвергшиеся испытанию, подчиняются модели Гершеля-Балкли, а следовательно, реально обладают пластическими свойствами. Именно пластическое напряжение сдвига может служить мерой устойчивости возникающей структуры и, соответственно, стабильности суспензий. [c.74] Прочность структуры, кроме То, можно охарактеризовать отношением г о/л 5 составившим 10 и 7 соответственно, то есть прочность структуры достаточно велика. Сопоставив эти результаты с данными седиментационного анализа, можно заключить, что те же реагенты, которые приводят к увеличению дисперсности суспензий, значительно улучшают их реологические свойства. Добавкой ЛПЭ-11, полиглицерина и ЫаОН удалось увеличить То примерно в 3 раза. Объяснить такое увеличение механической прочности суспензий можно увеличением свободной поверхности частиц, приводящим к структурообразованию. [c.75] Таким образом, были получены системы с высокой дисперсностью, седиментационной устойчивостью и удовлетворительными структурно-механическими свойствами. Однако говорить о технологической эффективности можно только на основании фильтрационных исследований, которые показывают изолирующую способность составов при реальных условиях течения в пласте. [c.75] Исследования фильтрации данных составов были проведены на водонасыщенных натурных кернах Мамонтовского и Абдрах-мановского месторождений. При этом определялся фактор остаточного сопротивления Кост, значсния которого для прототипа -ПДС и предлагаемых композиций - приведены в табл. 3.3. [c.75] Промысловые испытания композиции на основе бентонита и полиглицерина были проведены в НГДУ Аксаковнефть на Шка-повском месторождении (пласт Д4). В результате закачки состава в нагнетательную скв. 291 было дополнительно добыто 3400 т нефти при снижении обводненности по очагу с 95,7 до 84,2 %. [c.77] Вернуться к основной статье