Российский Государственный Университет НИУ нефти и газа им

Российский Государственный Университет (НИУ) нефти и газа им. И. М. Губкина Кафедра технологий химичесих веществ для нефтяной и газовой промышленности «Исследование реологических характеристик радиационносшитых водорастворимых полимеров (гуар, гидроксипропилгуар, ксантан) с целью разработки новых составов для ГРП, бурения и глушения скважин» Прохорова Е. В. ХТМ-15 -04 Научный руководитель: профессор, д. т. н. , Магадова Л. А. Научный консультант: Малкин Д. Н. Москва 2017

Цель и задачи исследования Цель работы: • Исследование реологических свойств радиационно-сшитых полимеров, с последующим их использованием в рецептурах для строительства и глушения скважин. Задачи: • Изучить литературные данные по методам и целям сшивки радиационным воздействием водорастворимых полимеров. • Исследовать основные реологические параметры образцов полимеров после облучения, рассмотреть возможность использования этих полимеров в рецептурах бурения, глушения и гидроразрыва. • Проработать возможность использования энзимного деструктора в составе жидкости гидроразрыва, с целью максимальной деструкции в трещине ГРП. • Подобрать рабочую концентрацию энзима и уровень водородного показателя жидкости ГРП, в которой деструкция будет максимальной. Разработать состав жидкости ГРП. 2

Молекулярное строение водорастворимых полимеров ксантана и гуара Гуаровая камедь ММ – 2 млн-5 млн Да Гидроксипропилгуар ММ - 1, 2 млн Да Ксантановая камедь MM - 3 млн-15 млн Да 3

Влияние степени облучения ксантана на его эффективную вязкость Эффективная вязкость растворов ксантановой смолы при 20 0 С сохраняет значения до степени облучения 55, 4 к. Гр (кило. Грей – единица поглощенной дозы) Эффективная вязкость растворов ксантановой смолы при 80 0 С резко снижается уже при степени облучения 5, 1 к. Гр, что связано с деструкцией полимера Вывод: облучение выше 5, 1 к. Гр разрушает ксантантановый полимер до невозможности применения его в рецептурах для строительства и глушения скважин. 4

Влияние степени облучения гуара на время его гидратации Время гидратации ГПГ Эффективная вязкость, м. Па*с 45 40 35 30 25 20 15 10 5 -5 0 5 15 25 35 45 55 65 Время, мин 0 6 11, 8 41 98 Эффективная вязкость является минимальной уже при 20 0 С При дозе облучения 6 к. Гц время гидратации уменьшается Возможно, что снижение дозы облучения снизит негативное влияние на вязкость 5

Выводы В ходе исследования выявлено, что при воздействии минимальной дозы облучения равной 5, 1 к. Гр, ксантановая и гуаровая камеди резко снижают эффективную вязкость, до невозможности применения облученных полимеров в рецептурах для строительства и глушения скважин. Направление работы было скорректировано: Исследование поведения энзимного деструктора в составах жидкостей для гидроразрыва пласта. 6

Воздействие энзима на полисахаридные звенья Фрагмент структуры энзимного деструктора Структурный механизм действия энзима на полисахаридные звенья 7

Эффективная концентрация энзимного деструктора в жидкости ГРП Влияние количества сухого деструктора на время разрушения структуры геля (сшиватель БС-1) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Время до начала разрушения, мин Концентрация деструктора, г/л 1 0 1 2 0. 083 0. 5 0. 05 4 1 0. 005 5 20 0. 0005 6 40 5 E-05 Выявлена максимальная концентрация энзима (β- маннаназы) – 0, 00005 г/л и для сшивателя «БС-1» и 0, 0001 г/л – для «БС-2» 8

Реологические исследования геля ГРП в присутствии сшивателя «БС-1» и энзимного деструктора в условиях пластовых температур 25 -40 °C t, °C / η, м. Па*с при 100 сек− 1 25 30 35 40 Сд=0, 0000025 г/л 993, 68 380, 34 198, 23 84, 02 Сд=0, 000005 г/л 556, 99 246, 98 84, 56 - η=f(t) η, м. Па*с при 100 сек− 1 1225 1025 825 625 Сд=0, 000005 425 225 В температурном интервале 25 -30°C рекомендуемая концентрация энзимного деструктора 0, 0000025 г/л 25 24 29 34 39 Температура, °C 44 9

Реологические исследования геля ГРП в присутствии сшивателя «БС-2» и энзимного деструктора в условиях пластовых температур 55 -95 °C t, °C / η, м. Па*с при 100 55 сек− 1 Сд=0, 0001 г/л 993, 68 65 380, 34 75 85 95 198, 23 84, 02 η, м. Па*с при 100 сек− 1 η=f(t) 950 750 550 350 150 50 55 60 65 70 75 80 Температура, °C 85 90 95 100 Максимальная пластовая температура для жидкости разрыва в присутствии энзимного деструктора - 75°C 10

Влияние водородного показателя на реологию составов, содержащих энзимный деструктор η, Па*с, при 600 об/мин η = f(p. H) 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 Падение эффективной вязкости при снижении р. Н 4 5 6 7 8 9 10 р. Н η, Па*с, , без энзима η, Па*с, в присутствии энзима η, Па*с, при 600 об/мин η = f(p. H) 37 32 27 22 17 12 4 5 6 η, Па*с, , без энзима 7 р. Н 8 9 10 η, Па*с, Сд=0, 000005 г/л Зависимость эффективной вязкости от величины р. Н при различных концентрациях энзимного деструктора 11

Влияние активатора деструкции на р. Н жидкости ГРП в присутствии энзимного деструктора Очевидно снижение р. Н через сутки в присутствии активатора деструкции в количестве 2 мл/л. 12

Выводы 1. В ходе исследования выявлено, что при воздействии дозы облучения равной 5, 1 к. Гр, ксантановая и гуаровая камеди резко снижают эффективную вязкость до невозможности применения облученных полимеров в рецептурах для строительства и глушения скважин. 2. В результате работы, подобрана оптимальная концентрация β-маннаназы, которая может быть применима в скважинах с низкой пластовой температурой. Концентрации Сд=0, 000025 г/л и Сд=0, 0001 г/л являются приемлемыми для сохранения свойств геля и эффективной деструкции, при содержании в составе БС-1 и БС-2, соответственно. 3. Предложено использование активатора деструкции в количестве 2 л/м 3, снижающего р. Н при увеличении температуры до 65°C. 4. Предложены два типа рецептур 1) С применением сшивателя марки «БС-1» (для 25°C): - «Гелеобразователь ГПГ – 1» – 3 кг/ м 3, - Сшиватель боратный «БС-1» – 3 кг/ м 3, - β-маннаназы водно-спиртовой раствор – 2 л/м 3 (Сд = 0, 000025 г/л). 2) С применением сшивателя марки «БС-2» (для 65°C): - «Гелеобразователь ГПГ – 1» – 3 кг/ м 3, - Сшиватель боратный «БС-2» – 3, 2 кг/ м 3, - β-маннаназы водно-спиртовой раствор – 2 л/м 3 (Сд = 0, 0001 г/л). - Активатор деструкции – 2 л/м 3. 13

Спасибо за внимание! 14