Регуляторы реологических свойств для тампонажных растворов нового поколения компании

New generation rheology modifiers for oil & gas industry

E.N. ROMANENKO
Polyplast Group of Companies
Moscow, 107023,
Russian Federation

Для крепления нефтяных и газовых скважин применяются тампонажные растворы, к которым предъявляются жесткие требования, так как успех цементировочных работ во многом определяется правильно подобранными химическими реагентами. В настоящее время одним из приоритетных направлений является разработка модифицированных тампонажных растворов с высокими эксплуатационными свойствами.

В статье рассмотрены основные физико-химические механизмы работы поликарбоксилатных пластификаторов нового поколения производства компании ГК «Полипласт».

Cementing oil and gas wells grouting slurries are subject to stringent requirements, therefore the success of cementing work in many respects is explained by correctly selected chemicals. Currently, one of the main tendencies is the development of modified cement slurries with high performance characteristics.
The article discusses the main physical and chemical mechanisms of operation of new generation polycarboxylate plasticizers produced Polyplast Group of Companies.

Россия по праву считается одной из ведущих энергетических стран в мире. На долю нашей страны приходятся крупнейшие запасы углеводородного сырья. Нефтегазовый комплекс – один из основных факторов развития экономики Российской Федерации и источник дохода для устойчивого роста страны в долгосрочной перспективе.
Добыча нефти и газа является сложным технологическим процессом, включающим в себя несколько стадий. Одним из важнейших этапов строительства скважины являются цементировочные работы, которые позволяют решить ряд задач:
1) изоляция друг от друга насыщенных жидкостями и газом проницаемых горизонтов после того, как они вскрыты скважиной;
2) упрочнение стенок скважины в неустойчивых породах;
3) удержание в подвешенном состоянии обсадной колонны;
4) защита обсадной колонны от воздействия агрессивных пластовых жидкостей и газов, вызывающих коррозию металла.
Важнейшим вопросом в общей проблеме строительства скважины является процесс ее качественного цементирования. Формирование в процессе строительства долговременной технической крепи является одной из наиболее сложных технологических задач, поэтому перед нефтесервисными компаниями стоит цель– создание рецептуры тампонажного раствора, который отвечал бы самым высоким требованиям по качеству. Для цементирования скважин используют тампонажные растворы, состоящие из тампонажного цемента (класса G и Н по спецификации API-10A), жидкости затворения и полимерных добавок.
В настоящее время одним из приоритетных направлений является разработка модифицированных тампонажных растворов с высокими эксплуатационными свойствами, к ним предъявляются жесткие требования. Применение химических добавок для тампонажных растворов является одним из наиболее эффективных и универсальных способов регулирования их свойств. Полимерные добавки обеспечивают пластификацию смеси, снижают напряжение в растворе, что способствует улучшению гидродинамических свойств при прокачивании раствора по скважине.
Более 50 лет в качестве добавок-пластификаторов использовался технический лигносульфонат (ЛСТ) – побочный продукт при производстве целлюлозы (рис. 1).
Как известно, производственный процесс целлюлозно-бумажного комплекса оказывает негативное воздействие на экологию окружающей среды. По данным Environmental Paper Network, бумажная промышленность ежегодно уничтожает более 100 млн га леса, что, соответственно, приводит к увеличению углекислого газа в атмосфере и к потере биоразнообразия [1]. По техническим характеристикам лигносульфонаты имеют временный пластифицирующий эффект, и их применение ограничено в определенном интервале температуры. При температуре выше 80 ℃ ЛСТ не изменяют реологические характеристики тампонажного раствора, а применение модифицированного лигносульфоната ограничено его высокой стоимостью.
Актуальным является создание высокоэффективных пластификаторов для тампонажных растворов на основе разветвленных сополимеров непредельных спиртов и кислот, их производных и окиси этилена, которые используются при цементировании нефтяных и газовых скважин.
В конце ХХ века были синтезированы суперпластификаторы другого строения – полиметиленнафталинсульфонаты (рис. 2).
В последние два десятилетия в мировой химической промышленности производятся суперпластификаторы последнего поколения на основе карбоцепных полимерных ПАВ. Суперпластификаторы, так называемые поликарбоксилатные эфиры, имеют важное преимущество по сравнению с полиметиленнафталинсульфонатом натрия по многим параметрам. Благодаря высокой эффективности и широкому спектру их свойств, дозировка таких добавок может быть снижена в 3–5 раз, а технический эффект, в частности, водоредуцирование, увеличен в 1,5–2 раза [2].
Поликарбоксилатные эфиры по химической структуре являются разветвленными сополимерами простых эфиров полиэтиленгликоля и непредельных спиртов с акриловой, метакриловой кислотами и их эфирами, и амидами (рис. 3). Так как имеется ассортимент эфиров полиэтиленгликоля, которые производятся с разной степенью полимеризации, то можно синтезировать большое количество сополимеров различной структуры, состава, различающихся по свойствам, и выделять продукты, которые отвечали бы заявленным требованиям. По эксплуатационным характеристикам они во многом превосходят традиционные добавки, делая их незаменимыми в современных технологиях [3].
Таким образом, актуальным является создание высокоэффективных пластификаторов для тампонажных растворов на основе разветвленных сополимеров непредельных спиртов и кислот, их производных и окиси этилена, которые используются при цементировании нефтяных и газовых скважин.
В настоящее время одним из основных производителей поликарбоксилатов в Российской Федерации является группа компаний «Полипласт».
Для регулирования реологических характеристик тампонажных растворов, используемых при цементировании скважин, «Полипласт» разработал линейку высокоэффективных поликарбоксилатных суперпластификаторов «Olefor».
Разработка структуры поликарбоксилата осуществляется с учетом гидрофильно-гидрофобного баланса макромолекулы и теоретически возможных вариантов ее конформации, строения мицелл, что определяет их сорбционные свойства и диполь-дипольное межмакромолекулярное взаимодействие, от которого зависит пластифицирующее свойство сополимера в растворе электролита в отношении дисперсии [4].
В настоящее время одним из основных производителей поликарбоксилатов в Российской Федерации является группа компаний «Полипласт».
Для регулирования реологических характеристик тампонажных растворов, используемых при цементировании скважин, «Полипласт» разработал линейку высокоэффективных поликарбоксилатных суперпластификаторов «Olefor».
На сегодняшний день ГК «Полипласт» осуществляет запуск нового современного производственного комплекса, отвечающего самым высоким требованиям мировых химических производств.
На сегодняшний день ГК «Полипласт» осуществляет запуск нового современного производственного комплекса, отвечающего самым высоким требованиям мировых химических производств.
На данном производстве предусмотрены все возможности синтеза поликарбоксилатов для тампонажных растворов 4-го поколения – за счет низкотемпературного, высокотемпературного и сополимеризованного синтеза. Таким образом, возможность синтеза по трем технологиям и современное оборудование позволяют разрабатывать продукты, соответствующие индивидуальным требованиям заказчика.

Литература

1. Рудевич И. Почему бумажная промышленность вредит экологии и как с этим бороться. РосБизнесКонсалтинг: 2021. URL: https://style.rbc.ru/quiz/615e92439a7947249f91bfcd (дата обращения: 15.01.2020).
2. Фаликман В.Р., Вайнер А.Я., Башлыков Н.Ф. Новое поколение суперпластификаторов // Бетон и железобетон. 2000. № 5. С. 5–7.
3. Тарасов В.Н., Гусев Б.В., Петрунин С.Ю., Короткова Н.П., Гарновесов А.П. Оценка эффективности применения поликарбоксилатных суперпластификаторов для производства бетона // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2018. Т. 4. № 1. С. 29–40.
4. Mosquet M., Canevet C., Guise L. Domieski nowej genera-cji// Polski cement: spec. numer «Domeszki do betonu». 2003. Pр. 21–23.

References

1. Rudevich I. Pochemu bumazhnaya promyshlennost' vredit ekologii i kak s etim borot'sya [Why the paper industry is harmful to the environment and how to deal with it]. (In Russian). RosBusinessConsulting, 2021. Available at: https://style.rbc.ru/quiz/615e92439a7947249f91bfcd (accessed 15.01.2020).
2. Falikman V.R., Vayner A.Ya., Bashlykov N.F. Novoye pokoleniye superplastifikatorov [A new generation of superplasticizers]. Beton i zhelezobeton [Concrete and reinforced concrete], 2000, no. 5, pp. 5–7. (In Russian).
3. Tarasov V.N., Gusev B.V., Petrunin S.Yu., Korotkova N.P., Garnovesov A.P. Otsenka effektivnosti primeneniya polikarboksilatnykh superplastifikatorov dlya proizvodstva betona [Evaluation of the effectiveness of the use of polycarboxylate superplasticizers for the production of concrete]. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii [Bulletin of Science and Education of the North-West of Russia], 2018, vol.4, no. 1, pp. 29–40. (In Russian).
4. Mosquet M., Canevet C., Guise L. Domieski nowej generacji. Polski cement. Spec. numer «Domeszki do betonu», 2003, pp. 21–23. (In Polish).

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Романенко Е.Н.

    инженер-технолог направления полимерных добавок для нефтесервиса

    ГК «Полипласт»

    Просмотров статьи: 506

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru