Коллоидно-химические основы создания стабилизаторов буровых растворов

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

1 2 3

Калбаев А.М. , Абдикамалова А.Б. , Шарипова А.И. , Артикова Г.Н.4

1Калбаев Алишер Максетбаевич - студент, химико-технологического факультета;

2Абдикамалова Азиза Бахтияровна - доктор философии по техническим наукам, ассистент, кафедра органической и неорганической химии; 3Шарипова Айша Ибрагимовна - кандидат химических наук, доцент, 4Артикова Гульзор Нарбаевна- ассистент, кафедра физической и коллоидной химии, Каракалпакский госуниверситет, г. Нукус, Республика Узбекистан

Аннотация: в работе приведены результаты исследований по разработке новых стабилизаторов буровых растворов, отличающиеся высокой стабилизирующей способности. Для получения которых в качестве мономеров использовались малеиновая кислота и акриламид. Установлено, что при введении в глинистую суспензию разработанного полимера-стабилизатора в оптимальных количествах наблюдается потеря системой подвижности, улучшения фильтрационных свойств и суточного отстоя, а также рост статического напряжения сдвига до определенной величины. Ключевые слова: водорастворимые полимеры, полиэлектролиты, сополимеризация, метакриловая кислота, акриламид, вязкость, статическое напряжение сдвига.

Водорастворимые полимеры (ВРП) и полиэлектролиты (ПЭ) находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в качестве стабилизаторов буровых растворов. Эффективность практического их использования зависит от их состава, наличия на макромолекулах различных по своей природе активных гидрофильных функциональных групп и их соотношения, строения, а также степени их ионизации.

ВРП и ПЭ синтезируют полимеризацией (сополимеризацией) соответствующих мономеров. Последние должны иметь в своем составе ионизируемые функциональные группы.

В работе приведены результаты исследований по разработке новых стабилизаторов буровых растворов, отличающиеся высокой стабилизирующей способности особенно при наличии высоких температур и солей электролитов. Для получения данных стабилизаторов в качестве мономеров применялись малеиновая кислота (МК) и акриламид (АА). Радикальная сополимеризация МК и АА проводилось в водных растворах в присутствии инициатора процесса полимеризации - персульфата калия,как при слабощелочных так и сильнощелочных средах. В реакционной среде мольное соотношение мономеров варьировалось соответственно в пределах от 1:4 до 1:8. При этом температура реакционной смеси была равна 50°С, а продолжительность процесса не более 6 часов. Полученный продукт реакции сополимеризации осаждались путем добавления ацетона при комнатной температуре. Осадок отделялся от жидкой среды, промывался ацетоном и высушивался в вакууме до постоянной массы, затем определялись выход и состав продукта.

В результате экспериментов были установлены наиболее оптимальные условия проведения реакции сополимеризации, которые заключаются в следующем: в трехгорлую круглодонную колбу с объемом 300 мл, снабженную системой продувания газом для создания инертной атмосферы, термометром, мешалкой и

обратным холодильником. Наливалось 100 мл раствора, содержащего МК и АА, а также инициатора в количестве 0,04 % от массы мономеров. Для достижения рН системы 8,05 добавлялись определенные количества 10 % ного раствора едкого натрия. Затем реакционный сосуд выдерживали в термостате 6 часов при температуре 50°С, при постоянном перемешивании. В результате образовалась густая, прозрачная масса хорошо растворимая в воде. Выход продукта составил 99,81 %. Далее полученный продукт подвергались гидролизу добавлением в его раствор едкого натрия в течении 2 часов при температуре 98°С.

Для установления состава и соотношения функциональных групп полученных ПЭ, определяли кислотное число, содержание азота и провели спектральные анализы образцов до и после гидролиза.

Изучено изменения пластической вязкости (дпл), динамического (т0) и статического напряжения сдвига глинистых суспензий в присутствии добавок разработанных ПЭ в зависимости от их концентрации. В присутствий данного ПЭ рост указанных параметров больше, чем под влиянием традиционно используемых стабилизаторов буровых растворов [1, 2]. Увеличение значения дпл и т0 указывает на упрочнение коагуляционно-тиксотропной структуры в глинистых суспензиях. Значительное увеличение дпл разбавленных глинистых суспензий в присутствии добавок КМЦ и К-9 наблюдается при их концентрации 0,5 и 0,33 %, соответственно. Под влиянием этих реагентов пластическая вязкость суспензий изменяются плавно, тогда как под действием разработанного ПЭ она изменяется более резко. Оптимальные концентрации ПЭ при которых дплимеет наибольшее значение различаются, для разработанного ПЭ она составляет 0,056 % к твердой фазе, а для КМЦ составляет 0,5 % и выше [3].

При добавлении малых количеств ПЭ к суспензиям бентонита наблюдается процесс коагуляции, что объясняется тем, что при малых количествах ПЭ адсорбируется своими гидрофильными группами на поверхности глинистых частиц углеводородными цепями, повернутыми в сторону дисперсной среды, в результате чего происходит гидрофобизация глинистых частиц. Рост пластической вязкости свидетельствует о преимущественном взаимодействии частиц дисперсной фазы по схеме угол-угол и угол-ребро через тонкие прослойки добавок ПЭ [4, 5].

При введении в глинистую суспензию ПЭ в указанных оптимальных количествах наблюдается потеря системой подвижности, улучшения фильтрационных свойств и суточного отстоя, а также рост статического напряжения сдвига до определенной величины, что позволяет рекомендовать ПЭ для практического применения в качестве стабилизаторов буровых растворов.

Список литературы

1. Абдикамалова А.Б., Шарипова А.И., Артикова Г.Н., Хамраев С.С., Даулетова Ж.К. Регулирования коллоидно-химических свойств суспензий некоторых бентонитовых глин Каракалпакстана с добавками полиэлектролитов // Тезисы докладов IV Международной научной конференции «Коллоиды и поверхности». 3-5 июня 2015 г. Алматы. С. 132.

2. Абдикамалова А.Б. Кррадалпогистон гилмояли минераллари ва сода саноати чщиндиси асосида куп функционал бургилаш эритмаларини ишлаб чщиш. Автореф. на соиск. учен.степ. док. (PhD) фил.тех. наук (02.00.11) ИОНХ АНРУз. защищена 01.03.2018: Абдикамалова Азиза Бахтияровна; Ташкент, 2018. 47 с.

3. Шарипова А.И. Полиэлектролиты на основе сополимеров малеиновой кислоты и акриламида, их структурообразующее стабилизирующее действие на почвенные дисперсии Каракалпакстана. Дисс. кан. хим. наук. 02.00.11 / Шарипова Айша Ибрагимовна. Ташкент, 2001. 123 с.

4. Шарипова А.И., Асанов А.А., Сирлибаев Т.С. Структурообразующее действие водорастворимого полиэлектролита на основе малеиновой кислоты и акриламида //Узб. хим. журн. Ташкент. Фан. 1999. № 1. С. 24-26.

5. Ахмедов К.С., Шарипова А.И., Асанов А.А. и др. Влияние рН среды на структурообразующее действие полиэлектролита на основе малеиновой кислоты и акриламида // ДАН РУз. 1998. № 12. С. 29-31.