Полисахаридов

В последнее время в мировой практике бурения для вскрытия продуктивных пластов применяют буровые растворы, содержащие в своем составе полисахариды.

Схематически полисахариды представляют собой совокупность макромолекулярных цепей, образованных антигликозидными циклами различных углеводородных остатков, сцепленных непрочными гликозидными связями, а между цепями ван-дер-ваальсовыми силами, водородными связями или поперечными мостиками. Обилие функциональных групп обусловливает реакционную активность цепей и придает им характер полиэлектролитов. Природа углеводородных, функциональных групп, степень замещения, полимеризации и ветвления, однородность полимера, а также характер связей, конформация цепей и структур определяют коллоидно-химические свойства этих реагентов. Все они различаются по стабилизирующей способности и обладают сравнительно невысокой термической, ферментативной и гидролитической устойчивостью. Из исходных полисахаридов их получают путем деполимеризации и введения достаточного количества функциональных групп с тем, чтобы обеспечить водорастворимость и необходимый уровень физико-химической активности. Таким образом, свойства будущего реагента непосредственно связаны с природой исходного полисахарида.

Так, Окуневым М.С., Сергиенко Л.П. и др. предложен безглинистый буровой раствор для вскрытия продуктивных пластов, содержащий карбоксиметилцеллюлозу 0,8-1,2 %, запечную пыль, уловленную электрофильтрами цементнообжиговых печей 16,8-37,2 %, борную кислоту или тетраборат натрия 0,1-0,1 % и воду [8]. Оригинальные и не традиционно используемые реагенты, дают возможность применения раствора только в единичных случаях.

Третьяк А.Я. предложил буровой раствор, содержащий карбоксиметилцеллюлозу 0,5-2,0 %, декстриновую крошку - смесь углеводородов, образующихся при гидролизе картофельного и маисового крахмала 0,5-2,0 % и воду [9]. Декстриновая крошка является кольматационным наполнителем, а остальной состав раствора очень чувствителен к полисолевой минерализации, поэтому применение данного раствора носит ограниченный характер - только в пресных системах.

Тем же автором предложен состав раствора, который содержит декстриновую крупу 0,5-3 %, КМЦ 0,5-2,0 %, едкий натр 0,1 % и воду [10]. Наличие каустической соды создает повышенное значение рН среды (до 14), что ограничивает их применение в условиях использования алюминиевых труб и негативно сказывается на устойчивости стенок скважины.

Хариев И.Ю. предложил использовать для вскрытия продуктивных пластов буровой раствор, содержащий КМЦ 0,5-5,0 %, крахмал 1-3 % и воду [11].

Разработаны ряд промывочных жидкостей на основе крахмала с добавками ферментных препаратов типа эндополигамектуролозы или амилолитических ферментов [12,13]. Однако действия и свойства ферментов в пластовых условиях еще не достаточно изучены, их влияние на коллекторские свойства пласта и нефтенасыщенность неоднозначны, поэтому применение таких промывочных жидкостей ограничено.

Ряд полисахаридных реагентов имеет некоторые недостатки.

Так, глюкогеновая кислота и ее соли являются пищевыми продуктом и кроме того они дорогостоящи [14-16].

Декстрины не обеспечивают регулирование физико-химических свойств ни в пресных, ни в минерализованных системах. Декстриновая крошка может применяться в качестве кольматационного наполнителя [9,10].

При использовании гуаровой смолы в безглинистом буровом растворе, раствор имеет предельно высокие реологические значения. При снижении реологических свойств до значений, приемлемых в бурении, происходит резкий рост показателя фильтрации.

Карбоксиметилцеллюлоза очень чувствительна к полисолевой минерализации. Установлено, что в случае применения полимерсолевых растворов на основе КМЦ (раствор NaCl + КМЦ) наблюдается ухудшение гидродинамической связи в системе скважина-пласт. В результате взаимодействия фильтрата с пластовым флюидом (нефть и пластовая вода) и породой коллектора происходит снижение продуктивности нефтесодержащих объектов до 50% [11].

В литературе имеются сведения о применении калиевых целлюлозных полимеров - калиевая карбоксиметилцеллюлоза (К-КМЦ) и калиевая полианионная целлюлоза (К-ПАЦ). Их использование позволяет получить ингибирующий калиевый раствор эффективный при бурении неустойчивых глинистых сланцев. На практике К-КМЦ и К-ПАЦ были испытаны при бурении скважин в различных районах Италии. Использование систем растворов на основе этих полимеров позволило, из-за сокращения затрат времени на борьбу с осложнениями, снизить общую стоимость бурения на 25% [17].

Важным вкладом в совершенствовании растворов с низким содержанием твердой фазы было применение ксантановой смолы, образующейся в результате жизнедеятельности микроорганизмов ксантомоноскомпестрис. Данный полимер обеспечивает высокую несущую способность раствора на пресной или минерализованной воде. При низких скоростях сдвига этот полимер обладает хорошей способностью удерживать во взвешенном состоянии твердую фазу, но его вязкость заметно снижается с увеличением скорости сдвига.

Разработаны ряд промывочных жидкостей на основе крахмала с добавление ферментных препаратов типа эндопалигамектуролозы или амилолипических ферментов. Однако действие и свойства ферментов в пластовых условиях еще недостаточно изучены. Их влияние на коллекторские свойства пласта и нефтенасыщенность неоднозначны, поэтому применение таких промывочных жидкостей ограничено [81,82].

Анализ зарубежных и отечественных рецептур буровых растворов для вскрытия продуктивного пласта все же показывает, что наиболее распространенными и доступными реагентами для регулирования структурно-реологических и фильтрационных свойств являются крахмалсодержащие реагенты. Одним из свойств крахмала является его хорошая пленкообразующая способность, а также саморазрушение во времени.

Крахмал представляет собой природную смесь полисахаридов (амилоза и амилопектин) с общей формулой (С₆Н₁₀О₅)_n. Крахмал образуется в результате фотосинтеза в листьях растений и откладывается в корневищах, клубнях и зернах[18,19].

В крахмале содержится 15-20 % амилозы и 75-80 % амилопектина. Эти фракции обладают различными свойствами.

Молекулы амилозы представляет собой линейные и слабо разветвленные спиралеобразные цепи. Амилоза в разбавленных растворах крахмала легко ассоциируется и осаждается. Это явление называется ретроградацией. В более концентрированных растворах это придает крахмалу способность к образованию геля.

Амилопектин сильно разветвлен и обладает дихотомической структурой. Амилопектин устойчив в растворе и не обнаруживает склонностей к ретроградации.

Крахмал белый порошок (под микроскопом зернистый) не растворим в холодной воде; в горячей набухает, образуя коллоидный раствор (крахмальный клейстер). При этом вода проникает между молекулами крахмала и нарушает водородные связи. Во время нагревания нарушается структура крахмальных зерен. Вначале идет органическое набухание, затем крахмальное зерно увеличивается в несколько раз, поглощая еще большее количество воды, оно - разрушается, теряя форму. Полное растворение крахмала невозможно, так как макромолекулы амилозы группируются в пучки или парокристаллические фибриллы.

Клейстеризация крахмала может быть достигнута не только путем нагревания, но и другими способами, для этого его необходимо модифицировать. Достигается это путем преобразования многочисленных функциональных групп углеводородных цепей и их деполимеризацией.

Наличие гликозидных связей обусловливает возможность гидролиза в результате нагревания, действия кислот, щелочей, окислителей и ферментов. Концевые альдигидные группы позволяют осуществлять реакции конденсации и окисления. Большое количество спиртовых гидроксилов дает возможность реакции окисления, этерификации, образованию алкоголятов. Возможно также модифицирование с образованием поперечных связей, придающим макромолекулам особую устойчивость. Во всех случаях достигается клейстеризация – основной механизм образования коллоидных крахмальных растворов [20].

Бромиды, иодиды, роданиды натрия и некоторые другие соли усиливают набухание крахмала и позволяют клейтеризировать его на холоде. Обработка йодом улучшает стабилизирующие действия крахмала.

Имеются различные методы модификации крахмала путем декстринизации кислотой, фосфатирования, окисления, обработкой ферментами, аминами, альдегидами и т.д.

Крахмал подвержен физической, химической и биологической деструкции. Реакции деструкции протекают с разрывом химических связей в главной цепи макромолекулы с образованием макрорадикалов. Свободные макрорадикалы могут инициировать реакцию деструкции.

При помощи ферментов и бактерицидов можно управлять процессом деструкции крахмала, а следовательно регулировать формирование и разрушение кольматационного экрана.

Дата добавления: 2015-11-16