Лекция 6. Органические реагенты.

Реагенты – это высокомолекулярные защитные коллоиды, которые получаются путем синтеза на основе природных форм или из органических веществ. Предпочтение отдается реагентам, полученным синтетическим путем.

Высокомолекулярные регенты - исходно органические вещества.

Защитные – создают защитный слой.

 

 

молекулы органического реагента

Сольватная оболочка состоит из молекул органического вещества (коллоидная защита).

Органические реагенты имеют размер коллоидных частиц и обеспечивают коллоидную защиту глинистых частиц.

При образовании защитной гидратной и сольватной оболочки вокруг глинистых частиц, толщина этих оболочек в средней части их (Т_с) больше, нежели в краевой (Т_к).

Поэтому глинистые частицы присоединяются своими краевыми частями, образуя «каркас», или структуру глинистого раствора, т.к. Т_с > Т_к

 

 

Т_с

 

Т_к

 

Поэтому глинистый раствор в какой-то степени всегда коагулирован. На пути к коагуляции встает коллоидная защита, которая обеспечивает устойчивость диспергированных глинистых частиц от агрегатирования.

 

 

 

 

монослой защитного реагента (адсорбционный

слой) – который способствует устойчивости

глинистых частиц, находящихся в растворе

от коагуляции.

 

 

Наиболее часто применяемые реагенты:

- лигносульфонаты;

- гуматы (темно-бурого цвета);

- полисахариды (в основе имеют формулу крахмала);

- водорастворимые эфиры целлюлозы;

- акриловые и другие полимеры;

- ПАВ.

 

Лигносульфонаты.

В составе содержат соли лигносульфановых кислот (ЛСК). Эти соли содержатся в побочных продуктах получения целлюлозы . Основные соли ЛСК: .

ССБ – сульфид спиртовая борда. Применяется в виде порошка темно-бурого цвета, 40-60% водного раствора, имеющего бурый цвет или вароподобной массы. В составе кальциевые соли лигносульфоновых кислот.

Основные назначения ССБ:

- разжижение растворов, приготовленных из кальциевых глин, но растворы из натриевых глин ССБ загущает, поскольку имеются катионы кальция в растворе, они вызывают коагуляцию натриевых глин. При разжижении показатель фильтрации слабо изменяется, а в пресных растворах иногда увеличивается.

Действие ССБ универсальное. Заключается в том, что в растворах из кальциевых глин происходит разжижение, особенно если этот раствор обогащается кальциевой глиной из разбуриваемых пород;

- раствор ССБ имеет коллоидный размер частиц, что приводит к увеличению содержания коллоидной фракции. Это способствует к уменьшению показателя фильтрации;

- при высокой минерализации растворов по хлориду натрия происходит «высаливание» молекул ССБ – молекулы органического реагента под воздействием минерализации, уходят с поверхности глинистой частицы, переходя в раствор.

Недостатки:

- ограниченная термостойкость (до 100⁰). Повышение температуры сопровождается уменьшением действия ССБ;

- при вводе ССБ в раствор он вспенивается. Необходимо обрабатывать раствор пеногасителями;

- для ССБ является желаемой щелочная среда. Готовится из 30 весовых частей ССБ и 5 весовых частей NaOH. pH в растворе больше 9. Щелочная среда приводит к тому, что стенки скважины могут обрушиться.

 

КССБ – конденсированная сульфид спиртовая борда. Образована за счет реакции поликонденсации исходного продукта ССБ.

Поликонденсация – реакция, при которой выделяются побочные газообразные продукты, и получается вещество с более высокой молекулярной массой, нежели исходное вещество.

Поликонденсация для получения КССБ: ССБ + формалин () выступает в роли катализатора + серная кислота + нагрев до 180⁰ ÷ 250⁰С

Увеличение молекулярной массы приводит к повышению термостойкости химического реагнта.

Виды КССБ:

- КССБ-1 (1% фенола - ) – термостойкость до 130⁰, показатель фильтрации пресных и маломинерализованных растворов уменьшается;

- КССБ-2 (2% фенола) – термостойкость до 150⁰, снижает показатель фильтрации минеральных растворов при содержании до 2 г/л ;

- КССБ-4 (4% фенола) – термостойкость до 180⁰ - 200⁰, показатель фильтрации уменьшается у минерализованных растворов.

Фенол – это вещество, которое увеличивает термостойкость данного вещества. Основное назначение КССБ – это улучшение фильтрационных свойств раствора.

Преимущества:

- невысокое значение pH, так как в составе нет NaOH;

- поскольку pH невысокое, глина плохо гидратирует, раствор не загущается, так как выбуриваемая глина, переходящая в состав твердой фазы раствора не диспергируется;

- хорошо сочетается с другими органическими реагентами, позволяет проводить комплексную обработку с использованием других органических реагентов;

- используется как в жидком, так и в порошкообразном виде, хорошо растворяется в воде.

ОССБ – окисленная ССБ.

Получается непосредственно на буровой путем смешивания и в течении 14-18 часов при перемешивании идет реакция до получения хромлигносульфонатов. Для нейтральной кислоты используется NaOH.

ОССБ – это комплекс хромлигносульфонатов.

Температурная стойкость этого реагента 180⁰÷200⁰С. Эффективно разжижает высокоминеральные глинистые растворы, содержащие катионы Ca⁺². Уменьшается вязкость и показатель фильтрации глинистых растворов, обработанных ОССБ.

 

Гуматы

Реагент получают на основе солей гуминовых кислот. Источником являются либо бурый уголь либо торф. Предпочтение отдают бурому углю.

(Бурый уголь+NaOH – щелочная вытяжка) в результате которой образуется Na-соли гуминовых кислот.

Вязкость и показатель фильтрации уменьшаются при обработке их углекислым реагентом (УЩР) глинистых растворов.

Оптимальное соотношение компонентов при получении УЩР: бурый уголь – 11-13%; NaOH – 2-4%; остальное вода.

 

Недостатки УЩР:

- невысокая термостойкость до 100⁰С. Для увеличения термостойкости вводится хромпик (Na₂Cr₂O₇). Термостойкость увеличивается до 200⁰С;

- раствор имеет щелочную реакцию, что приводит к диспергированию глин в составе раствора и его загущению;

- глинистые породы в стенках скважины под воздействием щелочной среды намокают и обрушаются.

Применяется в относительно устойчивых горных породах, а также при комплексной обработке глинистых растворов другими органическими реагентами.

 

Полисахариды

Основой полисахаридов является крахмал: [C₆H₁₀O₅]_n…

Сырье – клубни картофеля, кукурузы и т.д.

Состоит из двух частей:

- амилоза – линейный полимер [C₆H₁₀O₅];

- амилопектин – разветвленный полимер.

Крахмал в воде не растворим. Для его растворения проводят клейстеризацию):

- нагрев до 100⁰С;

- щелочная клейстеризация при добавлении NaOH.

В заводских условиях получают водорастворимые модификации крахмала:

МК–1 – модифицированный крахма, который получают путем нагрева в присутствии KAl[SO₄]₂∙12H₂O (калий алюминиевые квасцы). МК-1 растворяется в холодной воде.

Основные назначения МК-1:

- снижение показателя фильтрации, особенно если в растворе присутствуют Ca⁺²-катионы;

- загущение раствора (имеются другие модификации крахмала):

КР-1 – крахмальный реагент.

ЭКР-2 – экструзионный крахмальный реагент.

Основные недостатки:

- Загнивание раствора под воздействием бактерий (идет ферментация). Признаки: запах, пропадает эффективность действия.

Применяются следующие мероприятия для защиты крахмала ферментации:

- pH увеличивают до 10;

- засоление раствора (вводятся NaCl и другие соли);

- введение антиферментаторов (фенол, формалин, катапин и др.).