Патентный обзор «ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

^^^^^^^м 88

к содержанию

В.П. КУЗЬМИНА Патентный обзор «Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

а складывающемся мировом рынке наноматериалов Россия может сформировать свою «нишу» в производстве ультради-сперсных материалов и систем для нанотехнологий в области получения нанокерамики, различных функциональных материалов, полупродуктов для лакокрасочных материалов, асфальтобетонов [1], тампонажных цементов и других систем [2] с целью интенсификации добычи нефти и газов.

Изобретения относятся к нефтяной промышленности, а именно – к способам приготовления гелеобразующих составов для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта. Технический результат – повышение механической стабильности получаемого геля.

Использование нанотехнологий в ЖКХ

В.П. КУЗЬМИНА Патентный обзор «Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

Ультрадисперсные материалы включают все конденсированные системы, чей дисперсный компонент настолько мал в одном, двух или во всех трех измерениях (<100 нм), что геометрический размер морфологического элемента (частица, кристаллит, зерно, пора) становится соизмеримым с характеристическим корреляционным масштабом какого-либо физического явления или характерной длиной какого-нибудь транспортного процесса в этом веществе (размер электрического или магнитного домена, длина свободного пробега электронов, длина волны фононов, дислокация или дисклинация и т. д.).

1 нм

Примеры: тонкие пленки и покрытия, нитевидные кристаллы и полимерные волокна, ультрадисперсные порошки и их компакты, поры и высокодисперсные выделения фаз в сплавах и т.д. По этому определению наноструктурные материалы, нанофазы, нанокристаллы могут считаться компактными УДС.

Рис. 1. Ультрадисперсные системы (порошки, материалы, среды)

Рассмотрим ряд вариантов применения ультрадисперсных систем, повышающих производительность нефтедобычи [3, 4].

Вариант 1

В модель пласта одновременно закачивают 5,0% водный раствор силиката натрия и 5,0% суспензию цеолитсодержащей породы, предварительно обработанной 1,0% соляной кислотой в количестве 0,3 V пор. Выдерживают в течение 3 суток. Коэффициент прироста нефтеотдачи составляет 20,0%.

Вариант 2

В модель пласта последовательно закачивают 15,0% водный раствор силиката натрия в количестве 0,075 V пор и 10,0% суспензию цео-

В.П. КУЗЬМИНА Патентный обзор «Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

литсодержащей породы, предварительно обработанной 2,0% соляной кислотой, в количестве 0,15 V пор, обработку проводят в 2 цикла. Выдерживают в течение 5 суток. Коэффициент прироста нефтеотдачи составляет 25,8%.

Вариант 3

В модель пласта одновременно закачивают 8,0% водный раствор силиката натрия и 5,0% суспензию цеолитсодержащей породы, предварительно обработанной 0,5% серной кислотой, в количестве 0,3 V пор. Выдерживают в течение 5 суток. Коэффициент прироста нефтеотдачи составляет 20,9%.

Вариант 4

В модель пласта последовательно закачивают 5,0% водный раствор силиката натрия в количестве 0,15 V пор и 5,0% суспензию цеолитсо-держащей породы, предварительно обработанной 1,0% серной кислотой, в количестве 0,15 V пор. Обработку проводят в 2 цикла. Выдерживают в течение 3 суток. Коэффициент прироста нефтеотдачи составляет 24,5%.

Вариант 5

В модель пласта последовательно закачивают 15,0% водный раствор силиката натрия, затем раствор хлорида алюминия в объемном соотношении 3:1 соответственно. Коэффициент прироста нефтеотдачи составляет 16,0%.

Применение предлагаемого способа разработки нефтяной залежи позволяет увеличить коэффициент прироста нефтеотдачи в среднем на 4,0–9,8%, уменьшить водоприток к добывающим скважинам, улучшить экологическую обстановку в нефтедобывающем районе.

Экономическая целесообразность применения гелеобразующих составов (варианты 1–5) на основе силиката натрия невысока из-за того, что производство силиката натрия осуществляется в жестких автоклавных условиях.

В.П. КУЗЬМИНА Патентный обзор «Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

Вариант 6

Гелеобразующий состав для повышения нефтеотдачи пластов с це-олитсодержащим компонентом и разбавленной соляной кислотой отличается тем, что в качестве цеолитсодержащего компонента в него входит фильтрат смеси катализатора нефтехимического производства Цеокар-10 или его отработанная форма, щелочи и воды при соотношении, масс.%: указанный катализатор или его отработанная форма – 5–10; щелочь – 5; вода – 85–90 при следующем соотношении компонентов, об.%: указанный фильтрат: разбавленная соляная кислота – как (53–83):(17–47).

Способ приготовления гелеобразующего состава для повышения нефтеотдачи пластов включает приготовление цеолитсодержащего компонента и смешение его с разбавленной соляной кислотой. Способ отличается тем, что цеолитсодержащий компонент готовят в виде фильтрата, полученного отфильтровыванием нерастворившихся компонентов из суспензии, приготовленной из катализатора нефтехимического производства Цеокар-10 или его отработанной формы в слабощелочном растворе.

Недостатком данного способа является низкая механическая стабильность (прочность) гелей, получаемых при добавлении к указанному фильтрату раствора кислоты, а также недостаточная промышленная база для обеспечения потребности нефтяной промышленности отработанными алюмосиликатными катализаторами.

Способ приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта

Патент № 2364703, публ. 20.08.2009

В способе приготовления гелеобразующего состава для ограничения водопритока и регулирования проницаемости пласта, включающем перемешивание при нагревании силикатсодержащего материала, щелочи и воды, силикатсодержащий материал предварительно подвергают механической активации и при указанном перемешивании готовят суспензию при следующем соотношении компонентов, масс.%: механически активированный силикатсодержащий материал – 30–60, щелочь – 1–15, вода – остальное. В качестве силикатсодержащего ма

В.П. КУЗЬМИНА Патентный обзор «Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

териала могут быть использованы песок или бой стекла. Полученный состав дополнительно может быть отфильтрован.

Техническим решением задачи повышения механической стабильности получаемого геля и расширения ассортимента используемых силикатсодержащих материалов является применение предварительной механической активации силикатсодержащего материала.

Время механической активации подбирают конкретно для каждого типа силикатсодержащего материала для того, чтобы обеспечить максимальные значения растворимости силикатсодержащего материала в водном растворе щелочи.

Авторами установлено, что при механической активации силикагеля наблюдается рост его растворимости (и плотности раствора) после первых минут активации (1–2 минуты) и снижение в дальнейшем.

Растворимость механоактивированного боя стекла настолько выше растворимости механоактивированного песка, что гель, полученный на основе механоактивированного боя стекла, имеет чрезвычайно высокую вязкость по сравнению с гелем, полученным на основе механоакти-вированного песка, и существенно увеличивает механическую стабильность получаемого геля. Данная зависимость является нелинейной и в некоторых случаях имеет выраженный максимум.

Способ осуществляется следующей последовательностью операций:

• 1.    Механическая активация силикатсодержащего материала с помощью вибрационно-центробежной мельницы ВЦМ-10 или ВЦМ-30 (разработаны в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН).

• 2.    Перемешивание мехноактивированного силикатсодержащего материала с водным раствором щелочи при нагревании.

В качестве силикатсодержащего материала используют песок речной (ГОСТ 8736-93), песок строительный речной (ГОСТ 2138-91), бой стекла (ГОСТ Р 52233-2004), отработанные алюмосиликатные катализаторы.

Необходимо, чтобы реологические свойства гелеобразующего состава и геля, образующегося при добавлении к гелеобразующему составу раствора концентрированной кислоты, заметно различались. В качестве критерия сравнения была выбрана эффективная вязкость гелеобразующего состава и геля при определенной скорости сдвига, которая вычис-

В.П. КУЗЬМИНА Патентный обзор «Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

лялась по формуле, в которой значения для геля должны быть выше эффективной вязкости гелеобразующего состава на один-два порядка.

Рассмотрим в качестве примера следующий эксперимент.

Производят механическую активацию образца речного песка массой 100 г, после чего указанный образец помещают в реактор с 5 г раствора NaOH в 95 г воды. Реактор подогревается на водяной бане до 90оС, смесь перемешивают в течение 6 часов. Состав представляет собой суспензию частиц механоактивированного песка в растворе силиката натрия.

Эффективная вязкость гелеобразующего состава равна 2,7 Па•с при скорости сдвига 0,1 с–1 (при 25оС).

Эффективная вязкость геля, полученного при добавлении раствора концентрированной (36%) соляной кислоты при скорости сдвига 0,1 с–1, составляет 65,9 Па•с (при 25оС).

Получаемые гели механически устойчивы, они восстанавливают свои реологические свойства через некоторое время после механических воздействий, в частности, реологических измерений. Снижение эффективной вязкости геля после механического воздействия незначительно, что свидетельствует о его механической устойчивости.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает получение образцов гелей с высокой механической стабильностью (прочностью). При этом реологические характеристики заявленного гелеобразующего состава свидетельствуют о возможности его применения в нефтяной промышленности. Способ прост и технологичен, в качестве сырья используют дешевые и доступные материалы.

Предлагаемый способ может быть успешно применён при получении силикатных бетонов.

В.П. КУЗЬМИНА Патентный обзор «Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы»

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Кузьмина В.П. Ультрадисперсные системы и механоактивированные материалы // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2010, Том 2, № 4. C. 88–95. URL: (дата обращения: __ _______ _____).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Kuzmina V.P. Ultradisperse systems and mechanochemical activated materials. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2010, Vol. 2, no. 4, pp. 88–95. Available at: (Accessed _________ ____). (In Russian).