Исследование влияния режима механической активации на технологические свойства глин Каракалпакстана

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛИН КАРАКАЛПАКСТАНА Калбаев А.М.1, Абдикамалова А.Б.2

'Калбаев Алишер Максетбаевич — студент, химико-технологический факультет;

2Абдикамалова Азиза Бахтияровна - доктор философии по техническим наукам, ассистент, кафедра органической и неорганической химии, Каракалпакский государственный университет, г. Нукус, Республика Узбекистан

Аннотация: рассмотрено влияние процесса дезинтеграторного метода активации на вязкостные и структурообразующие свойства суспензий, приготовленных из бентонитовых глин некоторых месторождений Каракалпакстана, что связано изменением их химико-минералогических и гранулометрических составов.

Ключевые слова: бентонит, дезинтегратор, условная вязкость, статическое напряжение сдвига, фильтрационные свойства.

Многообразие геолого-технических условий бурения поисково-разведочных скважин на месторождениях нефти и газа Устюртского плато, развитие техники и технология бурения, повышение требований к экономике буровых работ и к охране окружающей среды - все это требует совершенствования качества промывочных жидкостей и тампонажных растворов. В качестве промывочных жидкостей при бурении скважин на полезные ископаемые наибольшее распространение получили глинистые буровые растворы на водной основе. Глинистые буровые растворы - многокомпонентные и полидисперсные системы, состоящих кроме воды и глины из различных реагентов - стабилизаторов, ингибиторов, утяжелителей [1].

Высокая дисперсность глинистых минералов и специфические для них свойства достигаются благодаря особенностям кристаллохимического строения, способности базальных граней и микрокристаллов активно взаимодействовать с молекулами воды [1]. Наиболее важными глинистыми минералами, представляющими интерес для приготовления буровых растворов, являются монтмориллонит, каолинит, гидрослюда и палыгорскит [2, 3].

Промышленное производства модифицированных глин в Каракалпакстане отсутствует, и в основном работают с продуктами, выпускаемыми ООО «БеПюпйе». Проводятся исследования по активации и химической модификации глин отечественных месторождений с целью получение конкурентоспособных с привозными аналогами глинопорошков различного назначения. Для этих целей были выбраны глинистые минералы Бештюбенского, Крантауского и Ходжакульского месторождений с высокими содержаниями минералов группы смектита и благополучными географическими расположениями [4, 5].

Целью настоящей работы было исследование влияния механоактивационных методов активации на реологические свойства водных суспензий бентонитовых глин вышеуказанных месторождений для последующего получения глинистых суспензий в соответствии с требуемыми технологическими регламентами на применение суспензий.

В исследованиях использованы обогащенные формы образцов глин [6, 7]. Измельчение обогащенной глины производилось в дезинтеграторе сконструированной в лабораторных условиях с изменяемым числом оборотов роторов до 12000 об/мин. Проведен контрольный замер технологических параметров приготовленных суспензий при помощи приборов ВСН-3, ВМ-6, ВБР-2, цилиндра ЦС-2 и металлического отстойника ОМ-2. Концентрацию водородных ионов определяли с помощью иономера марки И-160МИ.

Как было указано выше, в лабораторных испытаниях были использованы обогащенные формы глин, влажность которых колебалась в пределах 3-18%. Изучено влияние режима работы дезинтегратора и степени влажности глины на степень ее измельчения и на технологические свойства их суспензий. Сведения по измельчению глин с различной влажностью приведены в таблицах 1 и 2.

Как видно из данных таблицы, при увеличении оборотов ротора удельная поверхность глин увеличивается, а при влажности глины до 15% и больше наоборот происходит ее снижение в значительной степени. Но, несмотря на это увеличение влажности глин улучшает

6

технологические свойства готовых глинопорошков. На это указывают более высокие значения СНС и низкие значения водоотдачи буровых растворов на их основе. Авторы [8] такой характер зависимости объясняют повышением вдвое содержания в глинопорошке аморфного кремнезема, который при растворении формирует поликремневую кислоту, за счет чего улучшаются структурно-механические и фильтрационные свойства буровых растворов.

Таблица 1. Влияние влажности глины и режима дезинтеграторной обработки на его гранулометрический

состав

N. об/ми н Глина Влажность, % Размеры частиц, мм

1,0 - 0,063 0,063 -0,01 0,01 -0,005 0,005 -0,001 Менее 0,001

5000 кр2 5% 3,1 17,8 19,8 28,6 30,7

10% 2,4 12,4 10,2 26,3 48,7

15% 6,1 29,2 10,2 15,7 38,8

б1 5% 5,6 21,6 10,7 33,4 28,7

10% 2,1 8,4 18,2 30,2 41,1

15% 7,1 31,6 13,6 10,9 36,8

хд 5% 3,4 2,9 18,9 15,6 59,2

10% 0,2 3,5 2,3 25,6 68,4

15% 3,6 16,5 4,5 46,5 28,9

10000 кр2 5% 1,2 11,2 18,4 29,5 39,7

10% 0,9 9,4 8,7 22,4 58,6

15% 0,4 7,2 15,2 27,4 49,8

б1 5% 5,6 21,6 10,7 33,4 42,4

10% 2,1 8,4 18,2 30,2 56,7

15% 7,1 31,6 13,6 10,9 57,8

хд 5% 2,8 8,8 9,6 18,4 60,4

10% 0,1 2,5 1,6 26,6 69,2

15% 0,1 2,3 2,3 16,8 78,5

Таблица 2. Влияние влажности глины и режима обработки на свойства 10% суспензий

об/мин Влажность глины, % ПВ, мПа^с Т, с В, см3/мин. ТК, мм СНС1/СНС10 дПа СО, %

Крантауская глина

4000 5 16,8 31 16 1 34/38 1

10 18,7 32 14 0,5 37/41 0

15 17,8 32 14 0,5 37/44 0

8000 5 19,1 34 13 0,5 39/47 0

10 25,5 43 10 0,5 54/87 0

15 22,1 38 12 0,5 48/61 0

12000 5 22,3 39 11 0,5 41/49 0

10 27,2 45 10 0,3 56/84 0

15 27,5 49 9 0,3 59/74 0

Бештюбенская глина

4000 5 13,2 26 18 1 31/35 3

10 16,7 28 16 0,5 33/40 2,5

15 15,2 27 16 0,5 34/41 2,5

8000 5 18,1 29 17 0,5 33/39 2

10 22,3 33 14 0,5 40/46 2

15 20,1 31 14 0,5 38/48 2,5

12000 5 22,3 31 15 0,5 38/42 1

10 24,2 36 13 0,3 46/64 1

15 25,4 39 11 0,3 49/65 1

Ходжакульская глина

4000 5 13,1 24 17 1,5 24/28 2

10 16,2 27 15 1,5 27/34 2

15 15,3 26 16 1,5 28/35 2

8000 5 15,6 27 16 1 29/37 2

10 19,1 35 14 1 44/57 1,5

15 18,2 34 15 0,5 46/61 1,5

12000 5 20,8 31 12 0,5 38/49 1

10 25,9 39 11 0,5 48/74 1

15 29,2 42 10 0,5 49/76 1

Способность глинистой суспензии удерживать во взвешенном состоянии обломки породы и препятствовать продвижению ее по трещинам в глубь пласта обеспечивается структурообразующими способностями дисперсной фазы. Прочность структуры находят механическим испытанием, позволяющим установить величины максимальных касательных напряжений, которые возникают на поверхности тела при сдвиге его относительно системы [9]. Эта величина носит название предельного статистического напряжения сдвига (СНС) и в промысловой практике измеряются приборами СНС -2 и ротационным вискозиметром ВСН-3, принцип работы которых основан на измерении сдвиговых напряжений, мерой которых служит угол закручивания нити или пружины. Основными условиями образования пространственных структур являются наличие в системе частиц анизодиаметрического строения, т.е. имеющих форму пластинок или палочек и их достаточно высокая дисперсность при малом объемном содержании дисперсной фазы. Значит в процессе активации происходит разрушение поверхностных слоев глинистых частиц с образованием дефектов и трещин.

С точки зрения технологии бурения наилучшими тиксотропными свойствами обладает раствор, прочность которого нарастает быстрее, а соотношение СНС ^/СНС уменьшается.

Как показали результаты исследования дезинтеграторной активации глин и ее влажности на СНС, суспензий на их основе, при обороте роторов дезинтегратора 10000 об/мин и влажности глины 10% достигается наилучшая структурообразующая способность для глин Крантауского месторождения. Для достижения сравнительно лучших значений этого показателя для Бештюбенского месторождения оборот роторов и влажность глин -12000 об/мин и 8%, соответственно. Вероятно, различия оптимальных режимов механоактиваций связаны, прежде всего, различием минералогических составов глин.

Изучение влияния дезинтеграторной активации глин на условную вязкость их суспензий показали, что увеличение вязкости идет только до определенного числа оборотов. Подобный эффект объясняется частичной гидрофобизацией глинистых частиц за счет адсорбции на них воздуха [10].

В результате выполненных исследований структурных изменений происходящих в процессе обогащения, дезинтеграторной активации, послужила разработка технологии создания высокачетвенных глинопорошков для бурения из щелочноземельных бентонитов. Были получены глинопорошки с высокими технологическими характеристиками на основе бентонитовых глин Крантауского месторождения без расхода химических реагентов модификаторов и с выходом раствора 18 -20 м3. Использование, в процессе дезинтеграторного измельчение глин Бештюбенского месторождения, кальцинированной соды в количестве 3-4% от массы сухой глины способствует получению глинопорошка сравнительно высокими технологическими параметрами и с выходом бурового раствора не менее 15 м3. Такие результаты также получены для глин Ходжакульского месторождения при добавке кальцинированной соды в количестве 1,5% от массы обогащенной глины.

Список литературы

1. Крупин С.В., Трофимова Ф.А. Коллоидно-химические основы создания глинистых суспензий для нефтепромыслового дела. Казань: ФГУП ЦНИИ геолнеруд; 2010. 411 с.

2. Круглицкий Н.Н. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. Киев: Наук. думка, 1968. 320 с.

3. Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики. Киев: Вища школа, 1975. 268 с.

4. Курбаниязов К.К., Закиров М.З. Бентониты Каракалпакии, Издательство «ФАН» РУз. Ташкент: 1979. 150 с.

5. Абдикамалова А.Б., Хамраев С.С. Химико минералогические аспекты возможности применения некоторых бентонитовых глин Каракалпакстана в качестве основы для получения эффективных глинистых буровых растворов // Бурение и нефть, 2016. № 5. C. 56-59.

6. Абдикамалова А.Б., Хамраев С.С. Химико-минералогический анализ бентонитовых глин Крантауского месторождения и возможности повышения эффективности их применения как сырья для получения глинистых буровых растворов // Узбекский химический журнал, 2015. № 5. С. 32-35.

7. Абдикамалова А.Б., Хамраев С.С. Новые рецептуры комбинированных составов реагентов для создания ингибирующих глинистых буровых растворов на основе бентонитов Каракалапакстана // Бурение и нефть, 2016. № 5. C. 30-32.

8. Измухамбетов Б.С. Порошкообразные материалы из промышленных отходов и местного сырья Казахстана для строительства скважин. Самара, 1998. 108 с.

9. Рябченко В.И. Управление свойствами буровых растворов. М.: Недра, 1990. 233 с.

10. Особенности разведки бурения скважин на нефть и газ в подсолевых карбонатных отложениях востока Прикаспийской впадины / Т.Н. Джумагалив [и др.]. М.: Недра, 1986. 175 с.