Оптимизация реологических характеристик растворов на основе ксантана для обработки промывочной жидкости

Abstract

Актуальность. В пределах выделенных концентраций ксантана и солей показана оптимизация реологических показателей псевдопластичной жидкости, предназначенной для загущения бурового раствора. Для этого предложено из полной реологической кривой выделение участка разжижения жидкости, по которому определяется параметр нелинейности. Поставленный полный факторный эксперимент позволяет конкретизировать зависимость реологической нелинейности от концентрации ингредиентов. Постановка полного факторного эксперимента дает возможность качественно оценивать различные торговые марки биополимеров. На основе показателей нелинейности предложен показатель оптимизации выносной способности буровых растворов. Используемые параметры приведенной и характеристической вязкостей растворов могут стать качественной и количественной оценкой проектируемых составов буровых растворов. Множественность торговых марок ксантановых камедей предопределяет их качественное разнообразие. Выбор камеди для загущения буровых растворов не формализован. В статье предложен один из вариантов выбора. Цель. В рамках модели Оствальда де Вейля оценка реологических характеристик водных растворов ксантановой камеди торговой марки DUO-VIS в присутствии хлоридов Na и K при повышенной концентрации ксантана и солей, а также анализ влияния состояния дисперсной фазы раствора-загустителя на его реологические характеристики. Методы. Инструментальные методы определения параметров буровых растворов по ГОСТ 33213-2014, математическое моделирование с помощью полного факторного эксперимента. Результаты и выводы. На примере раствора ксантана торговой марки DOU-VIS, используемого в качестве загустителя буровых растворов, показана S-образная форма профилей вязкости растворов ксантановых загустителей. Рассмотрен пример выделения участка кривой вязкости с уменьшающейся вязкостью и аппроксимации его степенной зависимостью. Показано с помощью полного факторного эксперимента влияние биополимера и хлорида калия (в рамках их выделенных концентраций) на параметры степенной зависимости, используемой в качестве аппроксимируемой кривой вязкости. Приведено распределение параметра оптимизации, представляющего собой отношение коэффициента консистенции к показателю нелинейности, в пределах изменения концентраций биополимера и KCl. Показан пример расчета объемной доли макромолекул биополимера в растворе, и представлено применение приведенной и характеристической вязкостей для оценки растворов в масштабе частиц суспензии

Relevance. Within the limits of the isolated concentrations of xanthan and salts, optimization of rheological parameters of a pseudoplastic liquid intended for thickening drilling mud is shown. For this purpose, it is proposed to isolate from the complete rheological curve the separation of the liquid liquefaction section, according to which the nonlinearity parameters are determined. The complete factorial experiment allows us to specify the dependence of rheological nonlinearity on the concentration of ingredients. The formulation of the complete factorial experiment makes it possible to qualitatively evaluate other brands of biopolymers. Based on the non-linearity indicators, an indicator for optimizing the carrying capacity of drilling fluids is proposed. The use of the above and characteristic viscosity of the solutions can serve as qualitative and quantitative estimates of the projected compositions of drilling fluids. The multiplicity of brands of xanthan gums determines their qualitative diversity. The choice of gum for thickening drilling fluids is not formalized. The article offers one of the options. Aim. Using the Ostwald de Weil model to evaluate the rheological characteristics of aqueous solutions of DUO-VIS xanthan gum in the presence of Na and K chlorides at elevated concentrations of xanthan and salts, as well as to analyze the effect of the dispersed phase of the thickener solution on its rheological characteristics. Methods. Instrumental methods for determining the parameters of drilling fluids according to SS 33213-2014, mathematical modeling using a complete factorial experiment. Results and conclusions. Using the example of a DOU-VIS xanthan solution applied as a thickener for drilling fluids, the S-shape of the viscosity profiles of solutions of xanthan thickeners is shown. The paper considers the example of highlighting a section of the viscosity curve with decreasing viscosity and approximating it by a power dependence. The effect of biopolymer and potassium chloride (within the limits of their isolated concentrations) on the parameters of the power dependence used as an approximated viscosity curve is shown using a complete factorial experiment. The paper introduces the distribution of the optimization parameter, which is the ratio of the consistency coefficient to the nonlinearity indicator, within the range of changes in the concentrations of biopolymer and KCl. An example of calculating the volume fraction of biopolymer macromolecules in solution is shown and the application of the reduced and characteristic viscosities for estimating solutions at the scale of suspension particles is given