CC BY
49
УДК 622.24
ПОЛУЧЕНИЕ БУРОВЫХ РЕАГЕНТОВ МОДИФИКАЦИЕЙ НЕЙТРАЛЬНО-СУЛЬФИТНЫХ ЩЕЛОКОВ
ФОСФОНОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Тептерева Галина Алексеевна1,
Конесев Геннадий Васильевич1,
Konecev [email protected]
Исмаков Рустэм Адипович1,
Кантор Евгений Абрамович1,
Дихтярь Татьяна Дмитриевна2,
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия, 450000, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
2 Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Октябрьском, Россия, 452620, г. Октябрьский, ул. Девонская, 54.
Актуальность работы обусловлена задачей создания низкотоксичных, биоразлагаемых и недорогих реагентов для химической обработки буровых промывочных жидкостей на водной основе. В связи с этим рассматриваются способы повышения реакционной способности нейтрально-сульфитных щелоков, используемых в качестве основы таких реагентов.
Цель работы: исследование возможности применения фосфоновых соединений при получении реагентов на основе нейтрально-сульфитных щелоков для обработки буровых промывочных жидкостей с целью улучшения их технологических параметров Методы исследования: инструментальные методы определения параметров буровых растворов по РД 39-00147001-773-2004 (где р - плотность; УВ - условная вязкость; ц„„ - пластическая вязкость; т0 - динамическое напряжение сдвига; СНС - статическое напряжение сдвига; ПФ - показатель фильтрации; рН - показатель содержания ионов водорода) сдобавками нейтрально-сульфитных щелоков, фосфоновых соединений в составе нитрилметиленфосфоновой кислоты, триполифосфата натрия как при отдельном, так и совместном их вводе в состав буровых промывочных жидкостей.
Результаты. Установлено, что вовлечение фосфоновых соединений в состав реагентов на основе нейтрально-сульфитного щелока позволяет улучшать качественные характеристики технологических промывочных жидкостей, способствуя устойчивости параметров буровой системы к воздействию повышенных забойных температур и минеральной агрессии, обеспечивая высокую разжижающую способность и снижая показатель фильтрации бурового раствора. Указанные свойства буровых реагентов, модифицированных фосфоновыми соединениями, позволяют перевести низкореакционные нейтральные щелока, используемые в качестве основы, в состав перспективного ресурсовозобновляемого отечественного сырья.
Вывод. Исследование физико-химических свойств и особенностей щелоков нейтрально-сульфитной варки показало, что они, несмотря на сниженную реакционную способность, являются весьма перспективным компонентом для получения реагентов, особенно в условиях повышенного спроса на возобновляемые сырьевые источники.
Ключевые слова:
Нейтрально-сульфитный щелок, лигносульфонат, фосфоновые соединения, делигнификация, комплексные соединения, буровые промывочные жидкости, условная вязкость, показатель фильтрации.
Введение
Феррохромлигносульфонатный реагент (ФХЛС), получаемый путем обработки лигносульфонатов сернокислым железом и бихроматом натрия, используется для снижения вязкости и частично фильтрации буровых промывочных жидкостей на водной основе [1, 2 и др.]. Реагент ФХЛС характеризуется повышенной устойчивостью к термической и минеральной агрессии. Однако в его составе присутствуют высокотоксичные соединения хрома в высшей степени окисления (шестивалентный хром). К тому же реагент проявляет пенообразующую способность в вяз-кокопластичных технологических жидкостях, например в глинистых растворах [1, 3-6].
Современные феррохромлигносульфонатные реагенты выпускаются с уменьшенным содержанием соединений хрома, а проблемы, связанные с экологией и повышенным пенообразованием, частично снимаются введением специальных реагентов [7-10 и др.].
Все отмеченное выше характерно для буровых реагентов, основой которых являются лигносуль-фонаты кислых сульфитных варок.
При сульфитных методах варки древесное сырье обрабатывают сульфитными варочными растворами - водными растворами сернистой кислоты и ее солей в широком интервале рН 1-13 и температур 125-180 °С в течение 1-7 ч.
В этом случае буровой реагент получают путем модификации лигносульфоната катионами поливалентных металлов. В результате образуется комплексное водорастворимое соединение - катио-нами-комплексообразователями являются трехвалентные железо и хром, как результат окисления двухвалентного железа и восстановления шестивалентного хрома [1, 11]. Полученный продукт имеет весьма приемлемые свойства реагента-понизителя фильтрации и вязкости буровых промывочных жидкостей.
Однако повышение требований к безопасности реагентов ставит задачи создания низкотоксичных, биоразлагаемых [12] и недорогих реагентов для химической обработки буровых растворов. Кроме того, в связи с интенсификацией целлюлозно-бумажного производства с целью повышения выхода целлюлозы, существенно снижено содержание основного вещества щелоков - лигносуль-фоната, и, как следствие, уменьшено содержание фенольных гидроксильных групп в составе фенил-пропанового звена, отвечающих за разжижающую способность получаемого бурового реагента и его устойчивость к воздействию высоких забойных температур и минерализованной дисперсионной среды (солевой агрессии).
К тому же при высоком уровне выхода целлюлозы делигнификация древесного сырья проводится в других технологических условиях: рН 6-9 и наличие в варочном растворе сульфитов, гидросульфитов и катионов натрия или аммония в качестве основания варки. Очевидно, способ делигни-фикации трансформируется из сульфитного в нейтрально-сульфитный, основной реакцией которого является сульфирование. Процесс проводится под давлением при температуре от 135 до 150 °С в течение 4-12 часов, получаемые лигносульфонаты нейтрально-сульфитного щелока имеют сравнительно невысокую молекулярную массу 4350-7500 г/моль (на порядок меньше, чем при кислых сульфитных варках) [1, 13].
Нейтрально-сульфитные лигносульфонаты являются сравнительно малоизученным сырьевым компонентом основы для получения буровых реагентов. В этой связи исследования структуры и свойств нейтрально-сульфитных щелоков и лиг-носульфоната в качестве ресурсовозобновляемого и недорогого отечественного сырья становится весьма актуальным.
Сравнительная характеристика щелоков сульфитного и нейтрально-сульфитного способов получения приведена в табл. 1. (органическая составляющая представлена лигносульфонатами, пен-тозами, лигнином, серой органической).
Видно, что нейтрально-сульфитный щелок (НСЩ) характеризуется меньшим содержанием основного вещества - лигносульфоната: 35,6 г/дм3, (45 %), в отличие от 55 % в щелоках сульфитной варки. К тому же НСЩ содержит значительное количество не растворившегося лигнина, полностью отсутствующего в щелоке сульфитной варки. Зола
составляет до 42,81 %, минеральные вещества щелока представлены сульфитами и гидросульфитами, возможно, и продуктом их разложения - поли-тионатами. Обнаружены следы тиосульфата и сульфата. Сера при нейтрально-сульфитной варке обычно связана с органическими соединениями.
Таблица 1. Характеристика покомпонентного состава щелоков Table 1. Characteristics of the liquor component composition
Показатель/Indicator Содержание продуктов Product content
нейтрально-сульфитный щелок neutral-sulphite lye сульфитный щелок sulphite lye
г/дм3 g/dm3 % в пересчете на сухое вещество % in terms of dry matter
Сухие вещества Dry substances 71,87 100 100
Органические вещества Organic matter 43,39 60,37 79,57
Лигносульфонаты Lignosulfonates 35,63 45,58 55,00
Зола/Ash 30,77 42,81 20,00
Сульфатная зола Sulphated ash 39,29 54,67 -
Редуцирующие вещества Reducing substances: до инверсии/before inversion после инверсии/after inversion 5,29 12,55 7,36 17,46 28
Пентозы (после инверсии) Pentosis (after inversion) 7,76 10,79 20,6
Лигнин/Lignin 12,76 17,75 -
Сера в органических соединениях Sulfur in organic compounds 1,85 2,58 -
Летучие кислоты в пересчете на уксусную кислоту Volatile acids in terms of acetic acid 6,64 9,21 3,15
Na2SO3 1,2 1,42 2,06
Na2SO4 15,07 20,97 2,7
Na2CO3 3,63 5,05 1,2
CH3COONa 9,77 12,18 -
Все указанные примеси, в совокупности, и создают ряд проблем по направлению использования нейтрально-сульфитного щелока в производстве буровых реагентов. К тому же, если при сульфитной варке древесины около 90 мас. % лигнина становится водорастворимым, то при нейтрально-сульфитной растворимым становится только 20-30 % лигнина [14].
Лигносульфонат сульфитных варок, используемый в течение десятков лет как основа для получения буровых реагентов, значительно изменил свои физико-химические свойства с переходом большинства перерабатывающих предприятий на нейтральные способы делигнификации древесины, буровые реагенты ухудшили свои качественные характеристики: снизилась способность
к разжижению и регулированию показателя фильтрации, а также формированию устойчивых структурно-механических свойств систем буровых промывочных жидкостей. В связи со снижением доли хвойной и широколиственной древесины в составе перерабатываемого сырья, ужесточением экологических требований к технологическому процессу делигнификации древесины [13, 15, 16] и снижением содержания массовой доли лигнос-ульфоната в получаемых щелоках возникла необходимость в новом подходе к модификации лигносульфонатов при производстве буровых реагентов.
В целом эти и другие факторы привели к изменению свойств буровых реагентов, получаемых на основе нейтрально-сульфитного щелока, которые весьма ухудшились по сравнению с реагентами сульфитной технологии (табл. 2).
Исследования реагентов на основе
нейтрально-сульфитного лигносульфоната
Для исследования реагентов на основе нейтрально-сульфитного лигносульфоната в качестве основы использован глинистый раствор, приготовленный из Серпуховского глинопорошка марки ПБМВ. Термообработка реакционной смеси при температуре 40 °С проводилась в течение 3 часов. Показатели свойств глинистого раствора определялись по РД 39-00147001-773-2004 (табл. 2).
Анализ табл. 2 показал, что при температуре 20 °С 0,5 мас. % нейтрально-сульфитного лигнос-ульфоната в глинистом растворе снижает условную вязкость на 19 % (с 64 до 52 с), не оказывая влияния на показатель фильтрации. ФХЛС, полученный на нейтрально-сульфитном лигносульфо-
нате, снижает условную вязкость на 49 %, в то время как ФХЛС на основе сульфитного лиг-носульфоната - на 57 %. Показатель фильтрации снижается на 22 и 44 % соответственно. Воздействие высоких температур ухудшает свойства нейтрально-сульфитного щелока. Реагент ФХЛС, полученный на основе нейтрально-сульфитного щелока, загущает глинистый раствор до условной вязкости 125 с, в то время как ФХЛС, получаемый на сульфитном лигносульфонате загущает глинистый раствор до 76 с (на 40 % меньше). Условная вязкость при использовании зарубежного реагента BORRE-THIN (аналога ФХЛС) при Т=150 °С практически не изменилась.
Исследование реагентов,
содержащих фосфоновые группы
Приведены результаты исследований по устранению указанных недостатков изменением технологии производства бурового реагента на основе нейтрально-сульфитного щелока и способов его модифицирования. Обоснована возможность использования комплексообразующей способности фосфоновых групп (СН2Р03Н2).
Как известно, фосфоновые группы имеют несколько протонированных форм: РО32-; РО3Н-; РО3Н2-, которые, являясь по отношению к карбоксильным группам (СОО) более активными нуклео-фильными реагентами, способствуют высвобождению карбоксильных групп и выходу анионов в раствор в соответствии с рядом нуклеофильной активности: с00-<0н-<803н-<8032-<сг2072- [1, 13, 14, 17, 18].
Роль фосфоновых групп исследована на примере нитро-триметилфосфоновой кислоты (НТФ)
Состав Composition Параметры раствора/Solution parameters
p, кг/м3 р,кд/м3 УВ, с UV, s щ, мПа-с ty, mPa-s Т0, дПа т0, dPa СНС, дПа SNS, dPa мин/min ПФ, см3/30 мин PF, oti3/30 min рн
1 10
Температура/Temperature Т=20 °С
№ 1 Исходный глинистый раствор/No. 1 Initial clay mud 1080 64 16 68 50 64 18 9,0
№ 1+0,5 % ЛСТ нейтрально-сульфитного No. 1+0,5 % LST of neutral sulphite 1080 52 9 81 48 81 18 9,1
№ 1+0,5 % ФХЛС на нейтрально-сульфитном ЛСТ No. 1+0,5 % FO_S on a neutral sulphite LST 1080 32 6 37 9 13 14 8,8
№ 1+0,5 % ФХЛС на сульфитном ЛСТ No. 1+0,5 % FO_S on sulphite LST 1070 28 17 23 9 13 10 8,9
Термостатирование при Т=150 °С, 3 часа Thermostatting at Т=150 °С, 3 hours
№ 1+0,5 % ЛСТ нейтрально-сульфитного No. 1+0,5 % LST of neutral sulphite 1080 не течет does not flow -
№ 1+1 % ФХЛС на нейтрально-сульфитном ЛСТ No. 1+1 % FaS on a neutral sulphite LST 1080 125 16 45 95 138 16,0 8,0
№ 1+0,5 % ФХЛС на сульфитном ЛСТ No. 1+0,5 % FO_S on sulphite LST 1080 76 27 53 26 33 18 8,9
Таблица 2. Сравнительная характеристика реагента ФХЛС, получаемого на основе сульфитных и нейтрально-сульфитных щелоков
Table 2. Comparative characteristics of the ferrochromolignosulfonat (FCLS) reagent derived from the sulfite and neutral sulfite liquors
и триполифосфата натрия (ТПФ). Выявлено резкое повышение ЭДС реакции (до +0,989 В для нейтральных и +0,890 В для сульфитных щелоков). Испытания проводились в электрохимической ячейке со стеклянным индикаторным и хлоридсе-ребряным электродом сравнения для растворов сульфитных щелоков концентрации С=2,5-10-4М.
Указанное свидетельствует о том, что взаимодействие фосфоновых соединений с матрицей лиг-носульфоната термодинамически выгодно.
При модификации фенилпропановой группировки лигносульфоната появляются карбоксильные группы (изначально отсутствующие в сульфитных щелоках), увеличивается число сульфо-групп, ОН-фенольных и пирокатехиновых групп за счет возможной трансформации метоксильных групп в бензольном ядре [19]. Карбоксильные группы в составе фенилпропановой группировки замещаются на фосфоновые с образованием комплексных соединений. Таким образом, в составе фенилпропановой группировки сульфитных щелоков возможно образование комплексных соединений как минимум двух видов: за счет создания координационных связей катиона - электрофила с фенилпропановыми группировками, и за счет замены аниона-нуклеофила (для реагентов с добавкой НТФ или ТПФ - карбоксильной группы) на фосфоновую группу [14, 18, 20].
Фосфоновые соединения в составе НТФ и ТПФ исследованы как при их раздельном, так и при совместном (реагент ФХЛС-2М) вводе в исходный глинистый раствор. Параметры исходного и обработанного ФХЛМ-2М глинистого раствора представлены в табл. 3.
Показано, что вовлечение 0,5 % НТФ в состав глинистого раствора снижает его условную вязкость (УВ) на 64 %, а ТПФ - на 65 %, в то время как нейтрально-сульфитный лигносульфонат сни-
жает УВ глинистого раствора только на 18 % (с 64 до 52 с). Указанное свидетельствует об эффективности ввода фосфоновых соединений в состав глинистого раствора. При этом столь незначительное введение НТФ, как и ТПФ, не оказывает заметного влияния на рН реакционной смеси, как при совместном, так и раздельном использовании.
На величину показателя фильтрации значительно большее влияние оказывает ТПФ, снижая ПФ до 8 см3/30 мин, в отличие от НТФ -22 см3/30 мин и нейтрально-сульфитного щелока - 18 см3/30 мин. Совместный ввод фосфоновых соединений (реагент ФХЛС-2М) дает высокий си-нергетический эффект, снижая УВ до 25 с при 20 °С и до 26 с при 150 °С, т. е. на 60 и 61 % соответственно по отношению к исходному глинистому раствору, для которого УВ равна 64 с.
Результаты исследования свойств глинистого раствора с 1 % добавками ФХЛС+НТФ и ФХЛС+ТПФ приведены в табл. 4.
Данные табл. 4 показывают, что полученные на основе нейтрально-сульфитных щелоков с использованием НТФ и ТПФ буровые реагенты превосходят по качественным характеристикам промышленный феррохромлигносульфонатный реагент ФХЛС, полученный на сульфитном щелоке.
Выводы и рекомендации
Установлено, что полученные с использованием НТФ и ТПФ комплексные соединения (буровые реагенты на основе нейтрально-сульфитных щелоков) обладают ярко выраженными свойствами реагентов-понизителей вязкости и фильтрации, проявляют устойчивость параметров в широком интервале температур, вплоть до 150-190 °С, не имеют таких недостатков, как образование устойчивой пены и высокое содержание соединений токсичного шестивалентного хрома (снижено до 0,56 %).
Параметры раствора/Solution parameters
СНС, дПа
Состав/Composition p, кг/м3 УВ, с tym, мПа-с Т0, дПа SNS, dPa ПФ, см3/30 мин рн
p^g/м3 UV, s typl, mPa-s т0, dPa 1 | 10 PF, сш3/30 min
мин/min
Температура/Temperature Т=20 °С
№ 1 Исходный глинистый раствор/No. 1 Initial clay mud 1080 64 16 68 50 64 18 9,0
№ 1+0,5 % лигносульфоната нейтрально-сульфитного щелока No. 1+0,5 % lignosulfonates of neutral-sulphite lye 1080 52 9 81 48 81 18 9,1
№ 1+0,5 % НТФ/No. 1+0,5 % NTF 1080 23 18 22 8 5 22 9,0
№ 1+0,5 % ТПФ/№ 1+0,5 % TPF 1080 24 10 96 0 10 8 9,0
№ 1+0,5 % ФХЛС^М/No. 1+0,5 % FCLS-2M 1080 25 10 20 7 10 9 9,0
Термостатирование при Т=150 °C/Thermostatting at Т=150 °C, 3 hours
№ 1+0,5 % НТФ/No. 1+0,5 % NTF 1080 26 34 19 0 0 28 9,2
№ 1+0,5 % ТПФ/№ 1+0,5 % TPF 1080 48 16 48 14 18 9 9,1
№ 1+0,5 % ФХЛС^М/No. 1+0,5 % FCLS-2M 1080 26 10 38 10 12 8 8,9
Таблица 3. Параметры глинистого раствора сдобавками нейтрально-сульфитного лигносульфонатная и реагентов, содержащих фосфоновые группы/. Время термообработки 3 часа Table 3. Parameters of clay mud with addition of neutral sulfite lignosulfonate and reagents containing phosphonic groups. Cooking time is 3 hours
Таблица 4. Параметры глинистого раствора с 1 % добавками ФХЛС, НТФ и ТПФ на нейтральном и сульфитномЛСТ. Время термообработки 3 часа
Table 4. Parameters of clay mud with 1 % additives FCLS, NTF and TPF for neutral sulfite and LST. Cooking time is 3 hours
Параметры/Parameters
СНС, дПа
Состав/Composition T, °С p, кг/м3 УВ, с ^„л, мПа-с Т0, дПа SNS, dPa ПФ, см3/30 мин рН
р,кд/м3 UV, s ^pl, mPa-s т0, dPa 1 | 10 PF, сш3/30 min
мин/min
№ 1 Исходный глинистый раствор No. 1 Initial clay mud 20 1090 60 12 103 97 132 15 8,9
150 1080 81 13 126 106 141 21 9,2
190 1009 86 15 119 96 140 25 9,1
№ 1+1 % ФХЛС на сульфитном ЛСТ No. 1+1 % FCLS on sulphite LST 20 1060 37 13 69 45 63 10 8,8
150 1040 48 15 75 39 53 14 9,1
190 1060 75 15 107 94 129 16 9,0
№ 1+1 % ФХЛС на нейтрально-сульфитном ЛСТ+НТФ No. 1+1 % FaS on sulphite LST+НТФ 20 1030 25 10 50 9 17 8 9,2
150 1050 27 12 52 12 15 11 9,0
190 1060 25 14 57 15 44 18 9,0
№ 1+1 % ФХЛС на нейтрально-сульфитном ЛСТ+ТПФ No. 1+1 % FaS on sulphite LST+TPF 20 1060 26 11 50 9 16 9 9,2
150 1060 27 13 51 13 15 11 9,0
190 1040 30 15 56 15 42 16 9,0
Исследованиями показана возможность получения комплексных соединений, содержащих фос-фоновые группы, сшитые с матрицей лигносуль-фоната и имеющие не только алифатические, но и ароматические фрагменты, на примере фе-нилпропанового звена лигносульфонатов.
Перспективным представляется также направление «облагораживания» лигносульфонатной матрицы за счет реакций деметилирования с получением пирокатехинатов, способных повысить исходные качественные показатели сырья - нейтрально-сульфитного щелока, являющегося мало-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972. - 392 с.
2. Lauzon R.V., Short J.S. The Colloidal Interaction of Ferrochrome Lignosulfonate with Montmorillonite in Drilling Fluid Applications // Society of Petroleum Engineers. - 1979. - URL: https://doi.org/10.2118/8225-MS (дата обращения: 15.05.2017).
3. Реакционная способность сульфитных щелоков как основы буровых реагентов / Г.А. Тептерева, И.Н. Куляшова, Л.Х. Ас-фандияров, Г.В. Конесев, А.Д. Бадикова, И.А. Четвертнёва // Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. - 2015. - № 3. URL: http://www.ogbus.ru/issues/3_2015/og-bus_3_2015_p91-115_TepterevaGA_ru.pdf (дата обращения: 31.05.2017).
4. Совершенствование процесса получения хромлигносульфона-тных буровых реагентов: монография / А.Д. Бадикова, Г.А. Тептерева, И.Н. Куляшова, Р.А. Ялалова, Ф.Х. Кудаше-ва. - Уфа: Изд-во БашГУ, 2015. - 108 с.
5. Park L.S. A New Chrome-Free Lignosulfonate Thinner: Performance without Environmental Concerns // Society of Petroleum Engineers. - 1988. - URL: https://doi.org/10.2118/16281-PA (дата обращения: 17.05.2017).
6. Meister J.J., Patil D.R., Channell H. Synthesis, Characterization, and Testing of Lignin Graft Copolymers for Use in Drilling Mud Applications // Society of Petroleum Engineers. - 1985. -URL: https://doi.org/10.2118/13559-MS (дата обращения: 15.05.2017).
востребованным, однако потенциально перспективным в экологическом и стоимостном плане сырьевым компонентом, пригодным для получения реагентов для буровых промывочных жидкостей.
В целом исследование физико-химических свойств и особенностей щелоков нейтрально-сульфитной варки показало, что они, несмотря на сниженную реакционную способность, являются весьма перспективным компонентом для получения реагентов, особенно в условиях повышенного спроса на возобновляемые сырьевые источники.
7. Li-Ming Zhang, Dai-Yi Yin. Novel modified lignosulfonate as drilling mud thinner without environmental concerns // Applied Polymer science. - 1999. - V. 74. - Iss. 7. - P. 1662-1668.
8. Structural modification of commercial lignosulphonates through laccase catalysis and ozonolysis / D. Areskogh, Jiebing Li, G. Gel-lerstedt, G. Henriksson // Industrial Crops and Products. -2010.- V. 32. - №3. - P. 458-466.
9. Jie Zhang, Gang Chen, Nai-wang Yang. Development of a New Drilling Fluid Additive from Lignosulfonate // Advanced Materials Research. - 2012. - V. 505-507. - P. 1157-1160.
10. Preparation of Nitration-oxidation Lignosulfonate as an Eco-fri-endly Drilling Fluid Additive / J. Zhang, G. Chen, N.-W. Yang, Y.-G. Wang // Journal Petroleum Science and Technology. -2014. - V. 32. - Iss. 14. - P. 1661-1668.
11. Айзенштадт А.М. Оксредметрия в химии и химической технологии древесины: автореф. дис. ... д-ра хим. наук. - Архан-гельск,1998. - 40 с.
12. Microbial treatment of industrial lignin: Successes, problems and challenges / A.I. Brzonova, E. Kozliak, A. Kubаtovа, Yun Ji // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2017. - V. 77. -P. 1179-1205.
13. Оболенская А.В., Леонович А.А. Химия древесины. - Л.: Изд-во ЛТА, 1989. - 89 с.
14. Исследование комплексообразующих и технологических свойств реагентов для нефтедобычи, получаемых модификацией сульфитных щелоков фосфоновыми группами / И.Н. Куляшова, Г.А. Тептерева, Л.Х. Асфандияров, Г.В. Конесев, Т.Д. Дихтярь, А.Д. Бадикова // Нефтегазовое дело: электрон.
науч. журн. - 2015. - № 1. URL: http://www.ogbus.ru/issu-es/1_2015/ogbus_1_2015_p406-425_ KulyashovaIN _ru.pdf (дата обращения: 31.05.2017).
15. Гаврилов Б.М. Лигно-полимерные реагенты для буровых растворов. - Краснодар: [б.и.], 2004. - 523 с.
16. Тептерева Г.А., Конесев Г.В., Исмаков Р.А. Основы получения и применения лигносульфонатов в буровой технологии. - Берлин: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2017. - 70 с.
17. Закис Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных. - Рига: Зинатне, 1987. - 265 с.
18. Комплексообразование в окислительно-восстановительных системах / под ред. Б.П. Никольского, В.В. Пальчевского. -Душанбе: Изд-во ТГУ, 1973. - 153 с.
19. Сарканен К.В., Людвиг К.Х. Лигнины: структура, свойства и реакции. - М.: Лесная промышленность, 1981. - 402 с.
20. Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и ком-плексонаты металлов. - М.: Химия, 1988. - 467 с.
Поступила 18.08.2017 г.
Информация об авторах
Тептерева Г.А., кандидат химических наук, доцент кафедры бурения нефтяных и газовых скважин горнонефтяного факультета Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Конесев Г.В., доктор технических наук, профессор кафедры бурения нефтяных и газовых скважин горно-нефтяного факультета Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Исмаков Р.А., доктор технических наук, профессор кафедры бурения нефтяных и газовых скважин горнонефтяного факультета Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Кантор Е.А., доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физики факультета общенаучных дисциплин Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Дихтярь Т.Д., кандидат технических наук, доцент кафедры разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Октябрьском.
UDC 622.24
OBTAINING DRILL REAGENTS BY MODIFICATION OF NEUTRAL-SULPHITE ALKALI PHOSPHONIC COMPOUNDS
Galina A. Teptereva1,
Gennady V. Konesev1,
konecev [email protected]
Rustem A. Ismakov1,
Eugeny A. Kantor1,
Tatiana D. Dikhtyar2,
1 Ufa State Petroleum Technical University,
1, Kosmonavtov street, Ufa, 450064, Republic of Bashkortostan, Russia.
2 Branch of Ufa State Petroleum Technical University in Oktyabrsky City,
54, Devonskaya street, Oktyabrsky, 452620, Republic of Bashkortostan, Russia.
Relevance of the work is determined by the task of developing low-toxic, biodegradable and inexpensive reagents for water based drilling muds chemical treatment. In this connection, the paper considers the methods for increasing the reactivity of neutral-sulphite liquors used as the basis of such reagents.
The aim of the research is to study the feasibility of using phosphonic compounds in preparation of reagents based on neutral-sulphite liquors for treatment of drilling flushing fluids in order to improve their technological parameters
Research methods: instrumental methods for determining drilling fluids parameters for taxiway 39-00147001-773-2004 (pis the density, RV is the relative viscosity, is the plastic viscosity, z0 is the yield point, the SSS is the static shear stress, IF is the index filtration, pH is the index of hydrogen ions content) supplemented with neutral sulfite liquors phosphonic compounds in acid nitrilomethylen-ephosphonic, sodium tripolyphosphate for both separate and combined entering into composition of drilling liquid Results. It was ascertained that inclusion of phosphonic compounds in composition of drilling reagents based on the neutral-sulfite liquor allows improving quality indicators of drilling fluids, contributing to sustainability of drilling system parameters to exposure of higher downhole temperature and mineral aggression providing high-thinning ability and reducing the drilling mud filtration rate. These properties of drilling reagents, modified by phosphonic compounds, allow converting low-reaction liquors used as the basis, to the part of the advanced resource-renewable domestic raw materials.
Conclusion. Investigation of physicochemicalproperties and characteristics of liquors of neutral-sulfite digestion showed that, in spite of the reduced reactivity, they are a very promising component for reagents obtaining, especially in conditions of increased demand for renewable raw materials sources.
Key words:
Neutral-sulphite liquor, lignosulfonate, phosphonic compounds, delignification, complex compounds, drilling fluids, conditional viscosity, filtration index.
REFERENCES
1. Kister E.G. Khimicheskaya obrabotka burovykh rastvorov [Drilling fluids chemical treatment]. Moscow, Nedra Publ., 1972. 392 p.
2. Lauzon R.V., Short J.S. The Colloidal Interaction of Ferrochrome Lignosulfonate with Montmorillonite in Drilling Fluid Applications. Society of Petroleum Engineers, 1979. Available at: https://doi.org/10.2118/8225-MS (accessed 15 May 2017).
3. Teptereva G.A., Kulyashova I.N., Asfandiyarov L.Kh., Konesev G.V., Badikova A.D., Chetvertneva I.A. Reaktsionnaya sposob-nost sulfitnykh shchelokov kak osnovy burovykh reagentov [Sulphite liquors reactivity as drilling reagents basis]. Neftegazo-voe delo: elektron. nauch. zhurn, 2015, no. 3. Available at: http://www.ogbus.ru/issues/3_2015/ogbus_3_2015_ p91-115_TepterevaGA_ru.pdf (accessed 31 May 2017).
4. Badikova A.D., Teptereva G.A., Kulyashova I.N., Yalalova R.A., Kudasheva F.Kh. Sovershenstvovanie protsessa polucheniya
khromlignosulfonatnykh burovykh reagentov: Monografiya [Perfection of obtaining chrome-lignosulfonate drilling reagents: monograph]. Ufa, BashGU Publ., 2015. 108 p.
5. Park L.S. A New Chrome-Free Lignosulfonate Thinner: Performance Without Environmental Concerns. Society of Petroleum Engineers, 1988. Available at: https://doi.org/10.2118/16281-PA (accessed 17 May 2017).
6. Meister J.J., Patil D.R., Channell, H. Synthesis, Characterization, and Testing of Lignin Graft Copolymers for Use in Drilling Mud Applications. Society of Petroleum Engineers, 1985. Available at: https://doi.org/10.2118/13559-MS (accessed 15 May 2017).
7. Li-Ming Zhang, Dai-Yi Yin. Novel modified lignosulfonate as drilling mud thinner without environmental concerns. Applied Polymer science, 1999, vol. 74, Iss. 7, pp. 1662-1668.
8. Areskogh D., Jiebing Li, Gellerstedt G., Henriksson G. Structural modification of commercial lignosulphonates through laccase
catalysis and ozonolysis. Industrial Crops and Products, 2010, vol. 32, no. 3, pp. 458-466.
9. Jie Zhang, Gang Chen, Nai-wang Yang. Development of a New Drilling Fluid Additive from Lignosulfonate. Advanced Materials Research, 2012, vol. 505-507, pp. 1157-1160.
10. Zhang J., Chen G., Yang N.-W., Wang Y.-G. Preparation of Nitration-oxidation Lignosulfonate as an Eco-friendly Drilling Fluid Additive. Journal Petroleum Science and Technology, 2014, vol. 32, Iss. 14, pp. 1661-1668.
11. Ayzenshtadt A.M. Oksredmetriya v khimii i khimicheskoy tekhno-logii drevesiny. Dis. Dokt. nauk [Oxidimetry in chemistry and wood chemical technology. Dr. Diss.]. Arkhangelsk, 1998. 40 p.
12. Brzonova A.I., Kozliak E., Kubatova A., Yun Ji. Microbial treatment of industrial lignin: Successes, problems and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 77, pp. 1179-1205.
13. Obolenskaya A.V. Khimiya lignin [Lignin chemistry]. St-Peter-sburg, LTA Publ., 1993. 80 p.
14. Kulyashova I.N., Teptereva G.A., Asfandiyarov L.Kh., Konesev G.V., Dikhtyar T.D., Badikova A.D. Issledovanie kompleksoobra-zuyushchikh i tekhnologicheskikh svoystv reagentov dlya nefte-dobychi, poluchaemykh modifikatsiey sulfitnykh shchelokov fos-fonovymi gruppami [Oil production reagents complex-forming and technological properties investigation obtained by sulphite liquors with phosphonic groups modification]. Neftegazovoe de-
lo: elektron. nauch. zhurn, 2015, no. 1. Available at: http://www.ogbus.ru/issues/1_2015/ogbus_1_2015_ p406-425_KulyashovaIN_ru.pdf (accessed 31 May 2017).
15. Gavrilov B.M. Ligno-polimernye reagenty dlya burovykh rastvo-rov [Ligno-polymeric reagents for drilling fluids]. Krasnodar, 2004. 523 p.
16. Teptereva G.A., Konesev G.V., Ismakov R.A. Osnovypolucheniya i primeneniya lignosulfonatov v burovoy tekhnologii [Principles of obtaining and using lignosulfonates in drilling]. Berlin, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2017. 70 p.
17. Zakis G.F. Funktsionalny analiz ligninov i ikh proizvodnykh [Functional analysis of lignins and their derivatives]. Riga, Zina-tne Publ., 1987. 265 p.
18. Kompleksoobrazovanie v okislitelno-vosstanovitelnykh sistemakh [Complexation in oxidation-reduction systems]. Eds. B.P. Nikol-skiy, V.V. Palchevskiy. Dushanbe, TGU Publ., 1973. 153 p.
19. Sarkanen K.V., Lyudvig K.Kh. Ligniny: struktura, svoystva i re-aktsii [Lignins: structure, properties and reactions]. Moscow, Lesnaya promyshlennost Publ., 1981. 402 p.
20. Dyatlova N.M., Temkina V.Ya., Popov K.I. Kompleksony i kom-pleksonaty metallov [Metals Complexons and Complexes]. Moscow, Khimiya Publ., 1988. 467 p.
Received: 18 August 2017.
Information about the authors
Galina A. Teptereva, Cand. Sc., associate professor, Ufa State Petroleum Technical University.
Gennady V. Konesev, Dr. Sc., professor, Ufa State Petroleum Technical University. Rustem A. Ismakov, Dr. Sc., professor, Vice-rector, Ufa State Petroleum Technical University. Eugeny A. Kantor, Dr. Sc., professor, Ufa State Petroleum Technical University.
Tatiana D. Dikhtyar, Cand. Sc., associate professor, Branch of Ufa State Petroleum Technical University in Okty-abrsky City.
