ОБЗОР И АНАЛИЗ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФОСФАТИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СМАЗЫВАЮЩИХ ЭМУЛЬСИОННО-ГЛИНИСТЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Аннотация: В статье приведены обзор стабилизаторов и смазывающих реагентов, добавляемых в буровые растворы, используемые при бурении скважин в условиях продуктивных горизонтов на территории Республики Узбекистан. Также отражены результаты теоретического изучения свойств фосфатидных концентратов в качестве потенциальных смазывающих добавок к глинистым буровым растоврам. На основе выявленных результатов аналитического исследования даны рекомендации по повышению технологической эффективности применяемых буровых растворов и химических добавок к ним.

Известно, что для смазки КНБК в состав применяемого бурового раствора необходимо добавить так называемые лубриканты, т.е. смазывающий реагент. Традиционно смазывающий реагент в основном должен в себе содержать вещества, способствующие снижению адгезии.

В настоящее время в мировой и отечественной практике в качестве добавки к буровым растворам используются несколько десятка наименований смазочных реагентов, которых получают на основе синтетических и натуральных веществ, в частности на основе кремнийорганика, жирных кислот, растительных масел и т.д. Мировой опыт показывает, что при бурении скважин разнообразие добавляемых в буровой раствор смазывающих реагентов ограничена наличием в них в основном графита, омыленного таллового пека и СМАД. Статистика показывает, что использование смазывающих реагентов с подобным содержанием имеет значения годового расхода в пределах 3% от обще взятых потребностей в компонентах (материалах, реагентах) буровых растворов.

Также имеется общеизвестный мировой и отечественный опыт применения нефти в качестве смазывающего реагента. Здесь стоит отметить, что показатель расхода нефти в качестве смазывающей добавки в буровой раствор имеет численное значение в процентах около 10, от чего следует достаточный экологический фактор загрязнения окружающей среды отходами бурения скважин и в целом увеличения стоимости самого процесса бурения.

Повышения смазывающей способности бурового раствора необходимо для снижения сил трения и сопротивления. Несмотря распространённость вышеупомянутых смазывающих реагентов, при их использовании наблюдаются технологические осложнения. К технологическим осложнениям можно отнести затяжки, посадки, прихвата бурильного инструмента. Это обуславливает расход больших средств и времени на устранение вышеперечисленных осложнений. 

Таким образом нужно отметить, что традиционно используемые добавки в буровой раствор в качестве смазывающих добавок недостаточно эффективны и рентабельны в отечественной практике, следственно имеют место совершенствованию.

С целю увеличения экономической и технологической эффективности буровых работ, особенно при бурении скважин с глубиной не менее чем 3 км, автор поставил начало исследованию по определению потенциала эффективного применения в качестве смазывающей добавки фосфатидных концентратов растительных масел, производимых в Республике Узбекистан. и в настоящей работе представляются некоторые результаты настоящего теоретическо-аналитического исследования.

Основным объектом исследования в настоящей работе являются семейство фосфолипидов растительных масел, которые в основном состоят из лецитина (36-38%) и кефалина (61-62%). Кроме того, в составе фосфатидов имеется небольшое количество (1,5-2%) инозитолфосфатидов.

Стоит отметить, что лецитин является эфиром глицерина и представляет собой два этифицированных жирными кислотами гидроксила, и третьею фосфатидную кислоту. При этом нужно упомянуть, что в ней присутствует эифицированная холином одна валентность фосфорной кислоты.

Известно, что лецитин считается природным поверхностно-активным веществом (ПАВ) и поэтому имеет хорошую эмульгирующую способность.

К гидратируемым фосфолипидам относятся: фосфатидилхолины и их лизопроизводные, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилинозитолы, фосфатидные и полифосфатидные кислоты, а к негидратируемым-фосфорсодержащие вещества нелипидного характера, кислые формы фосфатидов (фосфатидные и полифосфатидные кислоты), липопроизводные соединения (липофосфатидные кислоты, липофосфатидилсерины, лизофосфатидилэтаноламины), гликолипиды сложного строения, соли фосфатидов кислых форм с металлами, соединения полифосфатидных и фосфатидных кислот со стеринами и алифатическими спиртами [1].

Основные виды фосфолипидов можно располагать в виде далее изложенного убывающего ряда по степени гидратируемости: лецитины ‒ кефалины ‒ фосфатидилсерины ‒ фосфатидилинозитолы [1].

Жирно-кислотный состав негидратируемых фосфатидов отличается от такого состава гидратируемых фракций большим содержанием насыщенных жирных кислот [1].

Фосфатиды, негидратируемой группы можно охарактеризовать с значительно большим в них наличием золы. Данный факт подтверждает присутствия в них соединений, которые обладают кислыми свойствами и способностью активного вступления во взаимодействие с металлами. Общевзятое доля, содержания металлов щелочной группы в гидратируемых и негидратируемых фосфолипидах, в процентах имеет значение 0,47-0,54%, и значительная доля из этих металлов приходится на магний и кальций [1].

В природе выявлены негидратируемые и гидролизуемые (щелочами и кислотами) госсифосфолипиды.

Ранее, в работах [2, 3] были предприняты попытки удаления госсипола и его производных из хлопкового масла и его мицеллы. Однако эти способы и технологии из-за низкой эффективности не полностью были реализованы на масло-жировых предприятиях страны.

Известно, что в сыром прессовом хлопковом масле содержание фосфолипидов колеблется в пределах - 1,48-2,80 %.

Также в других научных работах в настоящем направлении, изложены методы гидратации прессового и экстракционного хлопковых масел, полученных периодическим и непрерывным способами. Для осуществления последнего предложен специальный гидрататор-дозатор типа эжектора, который обеспечивает высокую степень диспергирования воды в хлопковом масле с одновременным её дозированием. После длительной экспозиции гидратированное масло направляется в непрерывно действующий отстойник или в непрерывно действующую горизонтальную центрифугу типа НОГШ. При оптимальных режимах гидратации хлопкового масла его кислотность снижается на величину до 0,3%, а цветность – на 10 красных единиц.

К сожалению, данный способ гидратации хлопковых масел из-за значительных материально-энергетических затрат и потерь до сегодняшнего дня не нашёл своего практического применения.

Позднее известный учёный Ржехин В.П. разработал непрерывный способ гидратации растительных масел малыми количествами воды с получением фосфатидов повышенного качества путём их совмещённого обезжиривания и обезвоживания ацетоном, а также получением их в порошкообразной форме. Однако практическая реализация данного способа была осуществлена при переработке подсолнечного и соевого масел.

В результате анализа опубликованных ранее работ выявлено, что апробированные методы гидратации, которые представлены в публику в виде разных технологических схем и режимов, обеспечивают не полное извлечения из масла всего комплекса фосфорсодержащих групп веществ, т.к. степень выведения фосфатидов определяется не только ими, но и состоянием их гидрофильности, т.е. наличием в масле их гидратируемых и негидратируемых форм.

В работе [4] защищён способ паровой гидратации подсолнечного масла с использованием новой конструкции парового эжектора-гидрататора. При использовании данной технологии для гидратации хлопковых масел из-за высокой температуры будут образовываться новые виды производных госсипола и хлорофилла, что нежелательно для получения масел пищевого назначения.

Также, имеются способы получения фосфатидсодержащего саломаса и гидрированных фосфолипидов, очистки мицелл растительных масел от углеводов и ионов металлов цитратным реагентом и гидратации фосфолипидов из прессовых и экстракционных масел, например, подсолнечника.

За последнее время ряд работ [5, 6] посвящаются использованию фосфолипидов в различных пищевых и других товаров, где необходимо повысить биологическую ценность и эмульгирующие свойства.

Опубликованы статьи [7], посвящённые исследованию влияния химических реагентов на устойчивость соединений фосфолипидов с неомыляемыми липидами и механизма их гидратации, а также способа получения фосфолипидов повышенной биологической активности.

Следует отметить, что фосфолипиды в зависимости от исходного сырья могут быть пищевыми или техническими, которые используются при получении различных красок, эмульгирующих веществ, клеев и т.п.

В Узбекистане основным видом перерабатываемых масличных культур являются хлопковые семена, которые содержат ядовитый т.е. токсичный госсипол и его производные. Поэтому, при гидратации сырых хлопковых масел данное вещество без особых затруднений переходит в состав получаемых фосфолипидов, что даёт возможность использовать их только для технических целей. По известной технологии гидратации хлопковых масел в состав получаемых фосфолипидов переходят дополнительно до 50% триацилглицеридов т.е. нейтральных жиров способных смазывать различные поверхности движущихся механизмов и систем. Учитывая это нами были изучена возможность применения технических фосфолипидов вместе с триацилглицеридами в составе эмульсионных глинистых буровых растворов, что на наш взгляд позволяет расширить области их применения.

Таким образом, применение местных сырьевых ресурсов при получении эмульгированных буровых растворов позволяет снизить себестоимость получаемых реагентов и повысить качество буровых работ.