WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис.1. Структурная схема оценки качества при помощи КМКЭ Разработанная методика учитывает следующие функциональные способности ГЭР: 1)агрегативную устойчивость, оцениваемую критериями i термостойкости Тпред и глиноемкости Гmax ; 2)несущую, удерживающую способности и прокачиваемость, которые оцениваются критерием - 10 - эффективной вязкости при скорости сдвига 3,1 с-1 (i) ; 3)блокирующую эф(3) способность, т.е. способность к созданию непроницаемого экрана на границах "скважина-пласт" и "фильтрационный канал-поровое пространство", оцениваемую критерием фильтратоотдачи ПФ(i). Критерии i ПФ(i), (i) и Гmax характеризуют термостабильность ГЭР и определяются эф(3) для максимальной температуры в скважине. Они непосредственно характеризуют качество ГЭР, тогда как термостойкость показывает предельную температуру, при которой показатели термостабильности имеют смысл.

Для определения всех перечисленных критериев применяется несложное доступное оборудование, которое позволяет непосредственно i получать значения ПФ(i), (i) при температуре до 100°С, а Тпред и Гmax – эф(3) до 230 °С. При необходимости оценки качества ГЭР при температурах выше 100°С значения ПФ(i), (i) вычисляются путем экстраполяции эф(3) соответствующих моделей, полученных при вариации температуры в пределах 20100°С. Применение моделирования позволяет избежать использования сложного, дорогостоящего оборудования для определения ПФ(i) и (i) при высоких температурах и обеспечить возможность эф(3) оперативного контроля качества ГЭР в условиях промысла.

i Для моделирования ПФ(i), (i) и Гmax требуется большое количество эф(3) опытов, много времени и вычислительной работы, поэтому методика предусматривает приближенную оценку этих критериев на основе показателей относительной термостабильности kp, Фt, Г(Т, которые 15) характеризуют динамику изменения последней. Данные показатели имеют следующую сущность:

1) коэффициент температурного разжижения kp=(90) /(30) эф(3) эф(3) представляет собой отношение эффективной вязкости ГЭР при 90°С к ее значению при 30°С;

- 11 - 2) температурный градиент изменения фильтратоотдачи Фt=(ПФ(90)-ПФ(20))/7 равен среднему изменению фильтратоотдачи (см3/30мин) в диапазоне температур 2090°С, вызванному увеличением температуры на каждые 10°С;

пред Т3) относительная глиноемкость Г(Т = равна отношению 15) пред Тпред термостойкости ГЭР с добавкой 15% глинопорошка ( Т15 ) к ее пред первоначальному значению без этой добавки (Т0 ).

При оценке качества ГЭР по указанным критериям относительной термостабильности действует правило – качество тем выше, чем выше kp, Г(Т и ниже Фt. Ввиду того, что для определения каждого показателя 15) относительной термостабильности требуется всего две экспериментальных точки и минимум вычислений, эти показатели используются для экспрессного подбора реагентов комплексного действия при разработке составов ГЭР.

Таким образом, все критерии входящие в КМКЭ, относятся к двум группам: 1) критерии термостойкости и термостабильности, которые непосредственно характеризуют качество ГЭР в условиях скважины;

2) вспомогательные критерии относительной термостабильности, которые позволяют качественно оценить устойчивость ГЭР к дестабилизирующим факторам и предварительно выбрать подходящий реагент. После предварительного выбора реагента уточняется влияние дестабилизирующих факторов на качество ГЭР и разрабатываются рецептуры, для чего используется входящая в КМКЭ методика математического моделирования и оптимизации (ММО), представленная на рис.1 блоками "моделирование" и "оптимизация". Моделирование включает получение эмпирических зависимостей параметров термостабильности от температуры, глиносодержания и концентрации РКД, а оптимизация – вычисление концентрации РКД, необходимой для обеспечения качества ГЭР при заданных критических значениях критериев качества, водосодержании, - 12 - минерализации, составе углеводородной фазы, выбор которых обоснован функциями и условиями применения ГЭР.

В третьей главе описывается разработка новых комплексных реагентов для получения и управления свойствами ГЭР и даны результаты изучения их свойств и оптимизации составов. Для разработки реагентов с целью повышения термостойкости ГЭР нами обосновано применение методики расчета работы адсорбции ( G ) и ГЛБ молекулы ПАВ. Методика предполагает расчет энергетических параметров адсорбции ПАВ при помощи справочных величин стандартных энергий Гиббса растворения его функциональных групп в полярной ( GВ ) и неполярной ( GО ) фазах ГЭР.

Необходимым условием повышения термостойкости является увеличение G, а достаточным – оптимальность ГЛБ, величину которого предложено характеризовать коэффициентом энергетического баланса Kэ, который равен частному от деления суммарных энергий взаимодействия ПАВ с неполярной и полярной фазами. При расчете используются справочные величины GВ, GО, скорректированные на реальные фазы ГЭР по изменению его термостойкости при переходе от условий определения справочных величин GВ, GО к реальным. Величины соответствующих поправок определены нами экспериментально: 1) при переходе от масла к ДТ GО снижается в среднем (для различных функциональных групп) на 15%; 2) с ростом минерализации воды GВ возрастает в среднем на 30%. При использовании скорректированных GВ, GО расчетные параметры адсорбции, как это видно из табл.1, хорошо согласуются с фактически замеренной термостойкостью ГЭР, что показывает корректность введенных поправок и применимость методики расчета.

Представленные в табл.1 результаты показывают, что повышения термостойкости ГЭР, стабилизированных сложными эфирами триэтаноламина (ТЭА), можно добиться следующими путями:

1) использованием высокомолекулярных фракций синтетических жирных кислот (СЖК), входящих в состав кубового остатка производства СЖК - 13 - (КСЖК); 2)увеличением степени замещения эфира; 3) связыванием остаточных СЖК, присутствующих в реагенте СЭТ-1Д, с образованием вторичного стабилизатора на основе оксипропилированных глицеридов КСЖК.

Таблица Расчетные параметры адсорбции различных ПАВ и фактическая термостойкость ГЭР на их основе ПАВ СЭТ-1М Параметр

Работа адсорбции, 122 258 352 299 мДж/мОптимальный к-т энергетического баланса 3 6,72 9,15 7,77 Кэопт Фактический к-т энергетического баланса 3 0,95 2,11 5,77 Кэф Отношение КЭопт/КЭф 1 7,07 4,34 1,35 0,165 Термостойкость ГЭР, °С 105 90 Первый путь реализован нами в реагенте СЭТ-1, в котором использованы более длинные углеводородные радикалы КСЖК, что позволило в сравнении с Эмульталом увеличить Тпред в 1,62 раза за счет э э увеличения в 1,36 раза и снижения отношения Kопт / Kф с 7,07 до 4,34.

Однако радикального улучшения термостабильности ГЭР на основе этого реагента не было достигнуто.

Второй путь одновременно с первым реализован в разработанном нами э э реагенте СЭТ-1Д, что позволило за счет оптимизации ГЛБ ( Kопт / Kф =1,35), повысить Тпред в 1,83 раза (165°С), а также получить дополнительную ЭДА активную сложноэфирную группу, т.е. обеспечило необходимую для объемного структурообразования термоустойчивую третью связь. Таким образом, показана необходимость и достаточность увеличения работы - 14 - и ТЭА КСЖК Са-мыло СЖК (С ) моноэфир (Эмультал) рованные глицериды эфир ТЭА и моноэфир ТЭА и КСЖК (СЭТ-1) оксипропилиталлового масла КСЖК (СЭТ-1Д) дизамещенный э адсорбции реагентов при приближении их ГЛБ к Kопт для цели повышения термостойкости и термостабильности ГЭР.

Третий путь реализован в реагенте СЭТ-1М путем сочетания в его составе СЭТ-1Д, т.е. реагента, ГЛБ которого близок к оптимальному, с э э оксипропилированными глицеридами, имеющими Kф > Kопт (вторичными стабилизаторами), что позволило дополнительно повысить Тпред на 13%.

Достигнутые результаты не являются предельными, так как фактически испытанные реагенты на основе дизамещенных эфиров СЭТ-1Д и СЭТ-1М содержат в своем составе остаточные КСЖК, которые образуют с эфирами + соли вида RCOO •[H(C2H4COOR)xN(C2H4)(3-x)] (где R-алифатический радикал КСЖК, х-степень замещения эфира), блокирующие образование медленных связей имидной группой. Остаточные КСЖК являются необходимой предпосылкой образования дизамещенных эфиров, а их количество увеличивается с ростом выхода этих эфиров. Эфиры и их соли образуют соответственно медленные и быстрые типы связей, поэтому свойства ГЭР зависят от их соотношения в РКД, а отклонение свойств относительно оптимума – от температуры. Все перечисленные факторы значимо влияют на качество ГЭР в связи с чем актуальна задача оптимизации состава РКД с целью улучшения свойств ГЭР в широком температурном интервале.

Для решения указанной задачи нами выполнена комплексная оптимизация состава РКД СЭТ-1Д, в результате которой было выбрано отношение КСЖК/ТЭА, обеспечивающее наилучшие свойства ГЭР в температурном интервале 20120°С. Критерием оптимальности служило одновременное увеличение (i), Тпред и снижение ПФ(i) во всем эф(3) обозначенном интервале. Выбор критерия оптимальности продиктован соображением сокращения расхода РКД. Поскольку значимы все свойства ГЭР, то сокращение расхода РКД может быть достигнуто только при их одновременной избыточности, достижение чего является задачей - 15 - оптимизации. Сложность заключается в том, что оптимальное соотношение компонентов РКД, а значит и отношение КСЖК/ТЭА, зависит от температуры и оптимизируемого параметра ГЭР, что показано на рис.2.

Рис. 2. Влияние температуры на фильтратоотдачу ГЭР для оптимизированных различным образом составов РКД Влияние температуры на оптимальный состав РКД, обусловленное изменением относительной эффективности связей, прослеживается по кривой собственного оптимума отношения КСЖК/ТЭА, которая отражает изменение последнего, необходимое для достижения минимума фильтратоотдачи при различных температурах ГЭР. С другой стороны, аналогичный график может быть построен для критерия эффективной вязкости, на котором кривая собственного оптимума отношения КСЖК/ТЭА будет уже другой, а при ее реализации мы получим значения фильтратоотдачи, обозначенные на рисунке кривой "ПФ по оптимуму эф.

вязкости". Здесь же показана кривая собственного оптимума фильтратоотдачи, соответствующая собственному оптимуму отношения КСЖК/ТЭА. Сопоставление этих двух кривых фильтратоотдачи показывает, что при использовании отношений КСЖК/ТЭА, определенных для (i), эф(3) наблюдается рост ПФ(i) относительно ее значений для собственного - 16 - оптимума отношения КСЖК/ТЭА до 36%. Аналогичное сопоставление значений (i), полученных при использовании различных оптимумов эф(3) отношения КСЖК/ТЭА, показывает, что в случае его оптимума для ПФ(i) уменьшение вязкости доходит до 39%. Поскольку в РКД может быть реализовано единственное отношение КСЖК/ТЭА, то необходимо выбрать его таким образом, чтобы все свойства ГЭР сохранялись на наилучшем уровне. Данная задача решена нами средствами оптимизации методики ММО, реализующими алгоритм нелинейной многокритериальной оптимизации методом "достижения цели". В результате оптимизации определены комплексно-оптимальные отношения КСЖК/ТЭА для различных температур, которые обозначены на рис.2 пунктиром. На рисунке видно, что при использовании комплексно-оптимальных отношений КСЖК/ТЭА увеличение ПФ(i) относительно собственного оптимума сокращается до 9%.

Аналогично уменьшается до 9% снижение (i). Кроме того, нами эф(3) экспериментально установлено, что термостатирование ГЭР позволяет улучшить его свойства и снизить их отклонения от собственных оптимумов.

Это позволило выбрать одно отношение КСЖК/ТЭА=4,5 оптимальное как по температуре, так и по критериям качества ГЭР. Свойства ГЭР на основе РКД СЭТ-1Д, полученного при этом отношении КСЖК/ТЭА, представлены в табл.2.

- 17 - Таблица Значения критериев качества термостатированного ГЭР при использовании комплексного оптимума КСЖК/ТЭА=4,КРИТЕРИИ ОПТИМАЛЬНОСТИ ФАКТОРЫ ОПТИМИЗАЦИИ Первый критерий Второй критерий 4,53 4,75 4,5 60 6,82 5,64 -0,01 77,4,40 4,79 4,5 70 7,07 7,5 -0,46 73,4,39 4,80 4,5 80 7,46 7,76 -1,18 69,4,38 4,78 4,5 90 7,97 6,44 -1,98 66,4,38 4,74 4,5 100 8,61 4,16 -2,8 64,4,37 4,67 4,5 110 9,39 1,82 -3,61 63,4,37 4,57 4,5 120 10,29 0,26 -4,36 63,Из таблицы следует, что хотя отклонения свойств ГЭР от собственных оптимумов не превышают 8%, их ухудшение с ростом температуры остается существенным, что определяет значительную высокотемпературную фильтратоотдачу ГЭР (ПФ(120)=10,3 см3/30мин) и низкую (90) =63,2 сПа*с.

эф(3) Дальнейшее улучшение свойств ГЭР достигнуто модифицированием СЭТ-1Д оксипропилированным глицерином (ОПГ), который образует глицериды с остаточными КСЖК, присутствующими в СЭТ-1Д. Тем самым уменьшается содержание в ГЭР ионоактивных солей, а его стабилизация происходит преимущественно за счет медленных связей эфиров триэтаноламина и оксипропилированных глицеридов, что очевидно, должно приводить к повышению термостабильности ГЭР. Оптимальное соотношение ОПГ и СЭТ-1Д было определено по максимуму термостойкости и составило 1:4,5, что предполагает образование преимущественно оксипропилированных диглицеридов. Свойства ГЭР на основе разработанных РКД представлены в табл.3.

Таблица - 18 - ° эф(3) по эф(3) % эф(3) ПФ по оптимум оптимум оптимум по см /30мин оптимуму, КСЖК/ТЭА КСЖК/ТЭА Отклонение Отклонение Собственный Собственный Комплексный комплексного комплексного комплексному собственного, комплексному оптимума ПФ от Температура, С оптимуму, сПа*с собственного, % КСЖК/ТЭА по ПФ оптимума от Влияние различных реагентов на качество ГЭР Темпе(i) (i) пред Т, t, ПФ, Т, Ф, пред Т эф(З) (15) ратура, к РКД Г р (15) °С сПа*с см3/30мин °С см3/10°С °С 20 - РС 30 11,97 7,7 95 87 0,24 2,24 0,90 2,84 24,20 - 14,Эмультал 30 7,34 16,1 90 74 0,44 1,1 0,90 3,24 22,20 - 6,СЭТ-1Д 30 23,6 6 165 142 0,62 0,33 0,90 14,54 8,20 - СЭТ-1М 187 162 0,77 0,37 0,30 35,94 90 27,6 2, Как видно из табл.3, модифицированный диглицеридами КСЖК СЭТ1Д, названный нами СЭТ-1М, улучшает качество ГЭР по критериям ПФ(90) и (90), соответственно на 70 и 90% при сохранении относительной эф(3) глиноемкости и на 13% более высокой Тпред, что делает этот реагент предпочтительным для стабилизации ГЭР, используемых для бурения высокотемпературных горизонтальных скважин в глиносодержащих породах.

В четвертой главе описана разработка рецептур ГЭР для бурения высокотемпературных горизонтальных скважин на месторождении Одоптуморе шельфа Сахалина и глушения высокотемпературных скважин Уренгойского месторождения, приведены результаты промысловых испытаний разработанного РКД СЭТ-1М. При разработке рецептур бурового раствора исходили из следующей системы требований к ГЭР, обоснованной опытом бурения на месторождении Одопту-море:

1) предельная глиноемкость Гmax >23%;

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»