Влияние температуры на реологические характеристики различных углеводородных жидкостей

База эмульсионного бурового раствора – это углеводородная жидкая среда, которая является основой его как физико-химических, так и технологических показателей. На сегодняшний день, чаще всего применяются следующие вещества:
1.вещества полученные в ходе нефтепереработки, газоконденсата – нефть, дизельное топливо, минеральные масла;
2.вещества нефтехимического синтеза и синтеза на основе растительного и животного сырья – олефины, их олигомеры, линейные алкилбензолы, полиолефины, ацетали, простые и сложные эфиры (синтетические масла).
На использование дизельного топлива в качестве базы для приготовления растворов на углеводородной основе наложено ограничение ссылаясь на экологические и пожарные требования; синтетические масла применяются обычно на шельфовых проектах, где необходимо применение жидкостей с способных биоразлагаться. При бурении на суше, чаще всего применяются минеральные масла разнообразных производителей. Минеральное масло – как основная жидкость для эмульсионных растворов, является результатом переработки нефтепродуктов, изготавливается путем обработки мазута и характеризуется высокой способностью к испарению. В современном мире, минеральное масло считается сложной коллоидной структурой, в состав которой входят различные по качеству и коммпонентному составу высокомолекулярных соединений (асфальтены, смолы, полициклические ароматические углеводороды и парафины) и низкомолекулярных углеводородов.
Следующая часть лабораторного практикума [66] была посвящена анализу влияния температуры и концентраций, разнообразных асфальто-смолистых веществ (понизителей фильтрации) на реологическое поведение минеральных масел, чаще всего находят применение у сервисных компаний, как жидкость для основы в эмульсионных буровых растворах. Взяв за основу опят прошлых лет, когда в известково-битумных растворах для увеличения термостойкости применялся высокоокисленный битум, использовавшийся также для выполнения функции структурообразователя, была предложена гипотеза касательно того, что продукты углеводородного происхождения, используемые в современной мире, смогут увеличить вязкостные свойства углеводородных жидкостей при увеличении температуры. Как масла, так и смолы образуют настоящие растворы углеводородной среде, а асфальтены, полученные при уплотнении смол, фактически нерастворимы, но с повышением температуры растворимость асфальтенов увеличивается, что благотворно влияет на структурообразование, способствует понижению фильтрации и увеличению термостойкости.
Среди отобранных для проведения эксперемента углеводородных жидкостей, были: минеральное масло «АКС 5/10» (компания «Halliburton»), внесезонное загущенное гидравлическое масло «ВМГЗ» (компания «Schlumberger»), индустриальное масло «И-5А» (ИСК «ПетроИнжиниринг»)

. Также для сравнения свойств использовалось синтетическое масло – «SHELLSOL» (Нидерланды).
К основным характеристикам масел относят:
-кинематическая вязкость;
-плотность;
-температура вспышки;
-температура загустевания;
-индекс вязкости;
-щелочное число (не всегда указывается);
-кислотное число (не всегда указывается).
Внешний вид и основные технические характеристики масел представлены в таблице 3.7 и на рисунке 3.4.
419103987800
Рисунок 3.4 – Внешний вид тестируемых масел до и после обработки УВ добавками
Технические характеристики «АКС 5/10» «ВМГЗ» «И-5А» «SHELLSOL»
Плотность при 20°С, кг/м3 899 865 870 796
Вязкость кинематическая,мм2/сек 8,5 (40°С) 10 (50°С) 6-8 (40°С) 1,97 (15°С)
Температура вспышки(открытый тигль), °С +90 +135 +120 +95
Температура загустевания ,°С -15 -60 -15 -
Кислотное число, мг КОН/г масла - 0,4-1,0 0,02 -
Щелочное число, мг КОН/г масла - - - -
Индекс вязкости, не менее - 160 - -
Массовая доля серы, % - - - -
Содержание воды, % не более 0,05 Отсутствует Отсутствует -
Содержание механических примесей, % не более 0,006 Отсутствует Отсутствует -
Таблица 3.7 – Технические характеристики исследуемых масел
Применяемые асфальто-смолистые компоненты:
1)«BARATROL» - модифицированный углеводород, «Halliburton»;
2)«BARABLOK» - углеводородный полимер (асфальтит), имеет вид природного битума с достаточно высоким показателем температуры размягчения, «Halliburton»;
3)«DURATONE HT» - органофильный леонардит (лигнит), «Halliburton»;
4)«VERSATROL» - асфальт природный (гильсонит), «Schlumberger»;
5)«Асфальт сульфированный FT» - «ХимПартнеры»;
6)«Стабилайт II» - гидрированная и окисленная высокомолекулярная природная смола, «СпецБурМатериалы»;
7)«SOLTEX» - соль сульфированного нефтяного битума, «Chevron Phillips Chemical Company LP»;
8)«EWO Block» - ИСК «ПетроИнжиниринг».
Лабораторные испытания проводились согласно следующему регламенту. Все минеральные масла проходили обработку одним из вышеперечисленных асфальто - смолистых веществ (начальная концентрация – 10 кг/м3, последующая – 20 кг/м3). После чего, все образцы были обработаны (перемешаны) лабораторным миксером «Hamilton Beach», обработка проводилась в течение 4-х часов, для наибольшего диспергирования углеводородов. Затем, при помощи шестискоростного вискозиметра «FANN» и термокружки определялись реологические свойства (ПВ и ДНС) масел при следующих температурных значениях: -5; 30; 60; 80; 100°С