Использование рыбного жира в качестве поверхностно-активных веществ в технологических процессах

Вестник МГТУ, том 15, №1, 2012 г. стр.54-57

растворов (бурового раствора, тампонажного раствора, жидкости перфорации) между собой.

Проникновение фильтратов в пласт может происходить не только под действием перепада давления "скважина – пласт", но и под действием капиллярных сил, если стенки поровых каналов гидрофильны. Очевидно, что капиллярное давление, способствуя проникновению фильтрата в пористую среду, препятствует его вытеснению из пор пласта при эксплуатации, блокируя часть пор и тем самым снижая проницаемость пористой среды. Кроме того, капиллярное давление способствует образованию эмульсий, препятствующих движению пластового флюида. Известно, что капиллярные силы способны создать в пористой среде градиенты давления, намного превышающие градиенты, создаваемые внешними воздействиями. В свою очередь, капиллярное давление зависит от поверхностного натяжения на границе раздела жидкостей и краевого угла смачивания.

Таким образом, для достижения высокого качества вскрытия необходимо стремиться уменьшить величину капиллярного давления за счет снижения поверхностного натяжения на границе "фильтрат раствора – пластовый флюид" и гидрофобизации породы пласта.

Наиболее радикальным средством недопущения загрязнения околоскважинной зоны пласта является вскрытие продуктивных горизонтов растворами на углеводородной основе. Однако, вследствие высокой стоимости, повышенной опасности с точки зрения экологии, пожароопасности и по ряду других причин, эти растворы имеют ограниченное применение.

Снижение отрицательного воздействия буровых растворов на водной основе может быть достигнуто путем использования поверхностно-активных добавок, которые должны удовлетворять следующим основным требованиям ( Бабаян , 2005):

• –    не оказывать отрицательного влияния на технологические свойства бурового раствора;

• –    не вступать в химическое взаимодействие с пластовыми флюидами, реагентами, используемыми для приготовления бурового раствора, и минералами коллектора с выпадением нерастворимых осадков;

• –    обладать высокой поверхностной активностью, т.е. существенно снижать величину поверхностного натяжения на границе "нефть – фильтрат бурового раствора" при возможно более низкой концентрации;

• –    по возможности гидрофобизировать внутрипоровую поверхность коллектора;

• –    быть безопасным в работе, малотоксичным и не оказывать отрицательного воздействия на окружающую среду.

• 2. Изучение свойств смазочной добавки на основе рыбного жира

  ФГУП "Арктикморнефтегазразведка" совместно с МГТУ разработана экологически безопасная многофункциональная смазочная добавка с улучшенными триботехническими и поверхностноактивными свойствами – модифицированные отходы рыбного жира (МОРЖ), ТУ 9281-001-71892692-06.

Целью данного исследования является разработка экологически безопасной многофункциональной смазочной добавки с улучшенными триботехническими и поверхностноактивными свойствами для повышения качества первичного вскрытия продуктивных пластов на основе водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) комплексного действия в присутствии низкомолекулярных электролитов.

Смазочная добавка МОРЖ представляет собой модифицированную гидрофобизирующими кремнийорганическими жидкостями жиропеномассу, образующуюся на стадии очистки объединенного стока жиропроизводства рыбоперерабатывающих предприятий ( Мотылева , 2006).

В жиропеномассе содержится порядка 60 % липидов, из которых 30 % представлены свободными жирными кислотами. Исследование жирнокислотного состава продукта показало, что он на ¾ представлен высокомолекулярными ненасыщенными карбоновыми кислотами, которые обладают более высокой смазочной способностью по сравнению с насыщенными углеводородами за счет образования более прочных граничных слоев.

В качестве омыляющих агентов были выбраны гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости Петросил-2М (ТУ 6-02-1296-84) и ГКЖ-10 (ТУ 6-02-696-76), которые представляют собой соответственно 30%-й водно-спиртовой раствор алюмометилсилоксанолята натрия и 30%-й водноспиртовой раствор мононатриевой соли этилсилантриола. Указанные реагенты содержат до 16 % свободной щелочи, 18-20 % этилового спирта; обладают повышенной термостойкостью (до 180 °С) и низкой температурой замерзания (не выше минус 30 °С); относятся к 4 классу опасности по ГОСТу 12.1.007-76; используются при бурении скважин для регулирования реологических параметров буровых растворов, снижения сальникообразования и прихватоопасности бурильного инструмента за счет гидрофобизации твердой фазы.

При выборе Петросил-2М и ГКЖ-10 предполагалось, что, кроме нейтрализации свободных

Мотылева Т.А. и др. Использование рыбного жира в качестве… жирных кислот, возможно протекание более сложных процессов модифицирования жиропеномассы, повышающих ее триботехнические характеристики. Кроме того, их выбор был обусловлен гидрофобизирующим эффектом и наличием этилового спирта, который синергетически повышает смазывающую способность жирных кислот и проявляет бактерицидные свойства.

Исследованиями установлено оптимальное соотношение компонентов "омыляющий агент – жиропеномасса" 1:10 (для Петросил-2М) и 2:10 (для ГКЖ-10).

Поверхностную активность МОРЖ оценивали в сравнении с отечественной смазочной добавкой ФК-2000Плюс, предназначенной для вскрытия истощенных нефтегазоносных коллекторов. ФК-2000Плюс (ТУ 2458-001-4947578-98) изготавливается из отходов переработки растительных масел.

Поверхностно-активные свойства водных растворов МОРЖ, ФК-2000Плюс и фильтратов глинистых суспензий, содержащих исследуемые добавки, оценивали по снижению поверхностного натяжения (на границе с воздухом) и межфазного натяжения (на границе с гептаном), используя соответственно приборы ППНЛ-1 (ТУ 40-5403265-89) и ИМН-1 (ТУ 40-5403265-90). Определение поверхностного натяжения прибором ППНЛ-1 осуществляли на основании измеренного максимального давления в газовом пузырьке, образующемся из выходного отверстия калиброванного капилляра, опущенного в исследуемую жидкость на заданную глубину. Прибор ИМН-1 предназначен для измерения межфазного натяжения методом "вращающейся капли".

Получ

ФК-2000Плюс -■- МОРЖ

Рис. 1. Зависимость поверхностного натяжения водных растворов ФК-2000Плюс и МОРЖ от концентрации реагентов

ФК-2000Плюс    МОРЖ

Рис. 2. Влияние ФК-2000Плюс и МОРЖ на межфазное натяжение фильтрата глинистой суспензии на границе с гептаном

Вестник МГТУ, том 15, №1, 2012 г. стр.54-57

ФК-2000Плюс     МОРЖ

Рис. 3. Влияние ФК-2000Плюс и МОРЖ на поверхностное натяжение фильтрата глинистой суспензии

Анализ полученных результатов показывает, что снижению поверхностного натяжения (на границе с воздухом) водных растворов и межфазного натяжения (на границе с гептаном) фильтратов глинистых суспензий МОРЖ не уступает добавке ФК-2000Плюс.

При этом поверхностное натяжение водных растворов МОРЖ снижается до 27 мН/м, а межфазное натяжение фильтратов глинистых суспензий на границе с гептаном до 6 мН/м. Поверхностная активность, рассчитанная по изотермам адсорбции, у МОРЖ равна 1,79.10-2 Н.м2/кг, а у ФК-2000люс – 1,71.10-2 Н.м2/кг.

Более высокие значения поверхностного натяжения фильтратов по сравнению с поверхностным натяжением водных растворов исследованных добавок свидетельствуют об их адсорбции на глинистой фазе. При этом следует отметить, что в большей степени на глине адсорбируется ФК-2000Плюс. Так, при концентрации добавок 1,0 % адсорбция ФК-2000Плюс составила 47,3 мг/г, МОРЖ – 34,25 мг/г.

Следовательно, при бурении, в процессе обогащения бурового раствора выбуренной породой, для поддержания оптимальной концентрации смазочной добавки потребуется больший расход ФК-2000Плюс, чем МОРЖ.

Также в ходе исследования была оценена экологическая безопасность МОРЖ. Разработанный и утвержденнй эколого-рыбохозяйственный норматив (ПДК) МОРЖ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение ( Перечень… , 1999), свидетельствует о безопасности реагента в работе, малотоксичности и отсутствии отрицательного воздействия на окружающую среду.